2.3. Độc tố botulin (BT) của vi khuẩn Clostridium botulinum
2.2.7.1. Cấu trúc độc tố botulin
Độc tố botulin là một hỗn hợp phức tạp của các protein có chứa phân nữa chất độc thần kinh botulin gắn với phân nữa các protein khác không độc hại. Độc tố thần kinh botulin tồn tại trong bảy típ huyết thanh khác nhau A, B, C, D, E, F, G. Nó được tổng hợp ở dạng không hoạt động như là một chuỗi polypeptide duy nhất với trọng lượng phân tử của khoảng 150 kiloDalton (KD).
Cơ chế hoạt động là phân cắt thủy phân protein để tạo thành một cấu trúc dichain, một hình thức hoạt động của độc tố. Cấu trúc dichain bao gồm một chuỗi nặng 100 KD và một chuỗi nhẹ 50 KD được liên kết bởi một liên kết disulfua có gắn với 1 phân tử Zn. Chuỗi nặng gồm một đầu chứa amino – 50 KD (miền này được gọi là miền di dời (HN) ) và một đầu chứa carboxy – 50 KD (miền này được gọi là miền ràng buộc (HC) ). Chuỗi nhẹ gồm một miền tiếp xúc (LC) 50KD hoạt động phân hủy enzyem trên chất nền tế bào thần kinh.
GVHD: Phạm Minh Nhựt - 31 - SVTH: Lê Đức Anh
Hình 2.17: Cấu trúc độc tố botulin.
2.2.7.2. Yếu tố tạo nên độc tố botulin của Clostridium botulinum
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của Clostidium botulinum trong thực phẩm là: nhiệt độ, độ chua, hoạt động nước, thế cộng hưởng, thành phần dinh dưỡng, chất bảo quản thực phẩm, và vi sinh vật cạnh tranh.
a. Nhiệt độ
Clostidium botulinum chủng nhóm I đòi hỏi nhiệt độ tăng trưởng tối thiểu là 10oC, trong khi chủng nhóm II có thể phát triển ở nhiệt độ thấp tới 3,3oC, các giới hạn nhiệt độ cho nhóm I và nhóm II là 45 đến 50oC và 40 đến 45oC nhưng nếu làm lạnh ở nhiệt độ trên thì có thể ức chế tối thiểu vi khuẩn Clostidium botulinum gây bệnh trong thực phẩm. Tuy nhiên, Clostidium botulinum phát triển và hình thành độc tố có thể xảy ra do lạm dụng nhiệt độ trong các cửa hàng lương thực, cơ sở dịch vụ thực phẩm, trong quá trình phân phối, hoặc bởi người tiêu dùng. Chính vì vậy, việc xử lý nhiệt độ thấp để ngăn cản sự tăng trưởng Clostidium botulinum gây bệnh trong thực phẩm đã được khuyến cáo.
b. Độ chua
Clostidium botulinum đòi hỏi pH tối thiểu là 4,6 cho sự tăng trưởng, nếu dưới thì bào tử của các tế bào sinh dưỡng sẽ không xảy ra nảy mầm. Nếu thực phẩm có
Chuỗi nhẹ
Chuỗi nặng Vi trí
mối nối
GVHD: Phạm Minh Nhựt - 32 - SVTH: Lê Đức Anh
giá trị pH nhỏ hơn 4,6 (thực phẩm acid cao) được coi là an toàn. Tuy nhiên, một số protein thực phẩm, chẳng hạn như đậu nành và thịt bò có thể có tác dụng bảo vệ Clostidium botulinum tại hoặc dưới pH 4,6. Ngược lại, những sản phẩm có giá trị pH cao hơn 4,6 sẽ tạo điều khiện thuận lợi cho sự phát triển mầm bệnh và tiết độc tố. Do đó, những thực phẩm này yêu cầu các phương pháp bảo quản chế biến phù hợp để ngăn chặn sự tồn tại hoặc tăng trưởng của Clostidium botulinum.
c. Hoạt độ nước (aw)
Clostidium botulinum yêu cầu phải có tối thiểu là 0,94 aw cho sự phát triển và tiết độc tố. Aw thấp ức chế sự tăng trưởng của mầm bệnh và chủ yếu đạt được bằng việc bổ sung các muối clorua natri (NaCl). Các giá trị mước muối thường được sử dụng để ngâm vi khuẩn ở nhóm I và II tương ứng là 5 – 10%, nồng độ sucrose cao từ 15 – 30% cũng có thể ngăn chặn hai nhóm này. Tương tự như vậy, những chất tan khác như glycerol, polyme hữu cơ và các ion kali có thể liên kết với nước tự do giúp giảm bớt aw, nhưng hiệu quả của chúng trên tổng thể aw cần phải được trình bày rõ ràng và điều tra cẩn thận trước khi thực hiện bất kỳ sự thay đổi nào trong thực phẩm.
d. Thế cộng hưởng (Eh)
Clostidium botulinum là một vi khuẩn kỵ khí chính vì vậy việc kiểm soát Eh là cần thiết cho các bào tử của các tế bào sinh dưỡng nảy mầm và phát triển. Các Eh tối ưu cho sự tăng trưởng thấp của vi khuẩn là khoảng -350 millivolts (mV). Tuy nhiên, bào tử nảy mầm và tiết chất độc đã được quan sát ở mức Eh cao hơn khoảng 200 - 250 mV. Điều này cho phép sự phát triển mầm bệnh và tiết độc tố ngay cả trong các sản phẩm đó được xem là có mức độ oxy cao. Sự có mặt của khí carbon dioxide có thể tăng cường sự nảy mầm của bào tử. Tuy nhiên, nguy cơ an toàn phụ thuộc không chỉ trên môi trường khí mà còn trên những đặc tính sản phẩm, nhiệt độ lưu trữ, loại bào bì đóng gói, những vi khuẩn cạnh tranh.
e. Thành phần dinh dưỡng
Clostidium botulinum có những yêu cầu tối thiểu về chất dinh dưỡng. Một số chất dinh dưỡng được yêu cầu với số lượng cao cho sự tăng trưởng của mầm bệnh, chẳng hạn như arginine cho chủng nhóm I và tryptophan cho các chủng loại E, tất cả các nhóm ngoại trừ nhóm IV sử dụng glucose như một nguồn carbon chính. Khả
GVHD: Phạm Minh Nhựt - 33 - SVTH: Lê Đức Anh
năng lên men carbohydrates (fructose, maltose, sucrose, và sorbitol) và khả năng phân hủy protein khác nhau giữa các nhóm. Ví dụ như các chủng thuộc nhóm I là protelytic, chúng thủy phân protein sữa và thịt trong khi các chủng nhóm II thì không thủy phân protein trong sữa và thịt.
g. Chất bảo quản thực phẩm (kháng sinh)
Clostidium botulinum phát triển và sản xuất độc tố có thể bị ức chế hoặc hạn chế bởi các chất bảo quản thực phẩm. Các chất đó bao gồm: Nitrite, sorbic acid, parabens, chất chống oxy hóa phenolic, polyphosphates, ascorbates. Những nhân tố (hệ số) riêng lẽ có tác động tích lũy hay kiểm soát tác nhân gây bệnh. Ví dụ, một sự kết hợp xử lý nhiệt và bổ sung các nitrit natri giúp thực phẩm thực sự an toàn. Tương tự như vậy, trong chế biến pho mát tiệt trùng, xử lý nhiệt dưới liều gây chết vi khuẩn kết hợp với mức độ phù hợp của độ ẩm, NaCl, acid, các muối phosphate giúp ức chế sự tăng trưởng của Clostidium botulinum.
h. Vi sinh vật cạnh tranh
Clostidium botulinum phát triển và hình thành một số độc tố trong thực phẩm được ức chế bởi sự hiện diện của vi sinh vật cạnh tranh. Vi khuẩn axit lactic như Lactobacillus, Pediococcus và Lactococcus, các loại nấm men lên men đường, nhiều chất khác sản xuất acid hữu cơ, cồn và thuốc kháng sinh làm bằng vi khuẩn cũng ngăn chặn Clostidium botulinum.