2.2.2.1 Đặc điểm của Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus acidophilus thuộc:
Giới: Bacteria Ngành: Fermicutes Lớp: Bacilli Bộ: Lactobacillilales Họ: Lactobacillaceae Giống: Lactobacillus
Tên vi sinh vật: Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus acidophilus: là trực khuẩn lên men lactic đồng hình, chịu nhiệt,
nhiệt độ tối thích cho sinh trưởng là 37 – 400C, tối thiểu là 200C. Trực khuẩn này được phân lập từ ruột trẻ em và bê mới đẻ. Một số chủng có khả năng tạo thành màng nhầy. Trong thiên nhiên chúng tồn tại riêng lẻ, đôi khi chúng tạo thành những chuỗi ngắn, có khả năng chuyển động. Chúng có khả năng lên men 1 số loại đường glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose, saccharose để tạo ra acid lactic. Chúng hoàn toàn không có khả năng lên men xylose, arabinose, rahamnose, glycerol, sorbitol, dulcitol, inositol. Trong quá trình lên men chúng tạo ra cả 2 dạng
đồng phân quang học của acid lactic. Lactobacillus acidophilus có khả năng sống 2
ngày trong dịch vị, 5 ngày trong dịch mật tinh khiết, 8 ngày trong dịch tràng.
Lactobacillus acidophilus được coi là loại Probiotic thông dụng nhất, hay là
loại vi khuẩn có ích. Loại vi khuẩn có lợi này cư trú tại ruột, âm đạo để bảo vệ chống lại sự xâm nhập hay gia tăng của các sinh vật “có hại” có thể gây bệnh. Sự phân rã
của thức ăn do khuẩn L. acidophilus sản xuất ra acid lactic, hydrogen peroxide… tạo
ra sự phản ứng của môi trường chống lại các sinh vật không ưa thích.
L. acidophilus cũng sản xuất ra lactase, loại enzyme có khả năng phá huỷ
đường sữa (lactose) thành các loại đường đơn giản.
Lactobacillus acidophilus sản xuất acid lactic và các chất diệt khuẩn
bacteriocin như lactocidin, ngăn cản sự xâm nhập và ức chế sự tăng sinh của các vi
Lactobacillus acidophilus đóng vai trò sinh lý quan trọng nhờ tổng hợp các vitamin,
có khả năng bền vững với 40 loại kháng sinh[3].
2.2.2.2 Lên men lactic
Lên men lactic là quá trình chuyển hoá đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic. Lên men lactic là 1 trong những loại hình lên men phát triển nhất trong thiên nhiên.
Lên men lactic là 1 quá trình trao đổi năng lượng. Các phân tử ATP được hình thành trong quá trình chuyển hoá cơ chất (lactose) sẽ được vi khuẩn giữ lại trong tế bào để phục vụ cho quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của vi sinh vật. Ngược lại các sản phẩm như acid lactic, ethanol, CO2 được vi khuẩn thải vào môi trường lên men. Kết quả là hàm lượng acid lactic tích luỹ trong môi trường lên men ngày càng tăng, làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi lý hoá khác.
Trong quá trình lên men lactic, ngoài sản phẩm là acid lactic, acid acetic, ethanol, CO2 trong dịch lên men còn xuất hiện cả trăm hợp chất hoá học mới khác. Chúng là sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men. Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc ít hơn). Một số hợp chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi vị đặc trưng cho những sản phẩm lên men lactic.
Khi nồng độ của acid lactic đạt 2 – 3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh vật
khác, kể cả E.coli. Chính vì thế nên lên men lactic được ứng dụng để sản xuất nhiều
sản phẩm khác nhau như: sữa chua, bơ, phomai, dưa chua… Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic:
C6H12O6 → 2C3H6O3 + 136 Kj (32,4 Kcal). Lên men lactic gồm có lên men đồng hình và lên men dị hình
Lên men đồng hình: Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90%, chỉ 1 lượng nhỏ pyruvat bị khử carbon chuyển thành acid acetic, ethanol, CO2 và acetoin. Lượng sản phẩm phụ tạo ra phụ thuộc sự có mặt của oxy.
Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong lên men đồng hình như:
Lactobacterium delbruckii… Phương trình tổng quát trong quá trình lên men đồng
hình:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong một số trường hợp, lên men đồng hình có thể được chuyển sang dạng dị hình khi điều kiện lên men thay đổi.
Lên men dị hình: Chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngoài ra còn có các sản phẩm phụ khác nhau như acid acetic, ethanol, CO2, các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm. Phương trình tổng quát trong quá trình lên men dị hình:
C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH
Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, môi trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh. Acid lactic thường chiếm 40% lượng đường đã được phân huỷ, acid suecinic 20%, rượu etylic 10%, acid acetic 10% và các loại khí gần 20%
2.2.2.3 Đặc điểm chung của các chủng vi sinh vật lên men lactic
Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacilliaceae. Acid lactic được phát hiện vào
năm 1780 nhờ nhà hóa học Sheele người Thụy Điển, ở sữa chua, acid lactic được thừa nhận là sản phẩm của quá trình lên men vào năm 1847 [5].
Vi khuẩn lactic thuộc vi khuẩn Gram (+), không di động, không có khả năng tạo bào tử (tuy nhiên hiện nay người ta đã tìm thấy một số giống thuộc họ vi khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử).
Vi khuẩn lactic thuộc vi khuẩn hiếu khí tùy tiện, không chứa cytochrom và enzyme catalase, có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh. Chúng phân giải H2O2 để tạo ra H2O và O2 để phát triển.
Theo khóa phân loại của Bergay, họ Lactobacilliaceae chia làm 2 họ:
Streptococeae và Lactobacileae.
Streptococeae lại chia ra Streptococcus và Leuconostoc. Lactobacileae chỉ có 1 loài là Lactobacillus
khuẩn lactic như Streptococcus có khả năng gây bệnh. Nhóm vi khuẩn lactic rất đa
dạng gồm nhiều giống rất khác nhau, tế bào của chúng có thể là hình cầu, hình que, phân biệt chúng về khả năng lên men đồng hình hay dị hình. Khả năng tổng hợp nhiều hợp chất cần cho sự sống của những vi khuẩn này rất yếu [4].
Các loài vi khuẩn lactic khác nhau tạo thành acid lactic trong môi trường và như vậy sức chịu acid cũng khác nhau. Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình tạo thành acid cao hơn (khoảng 2 – 3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%). Các trực khuẩn này có thể phát triển ở pH: 3.8 – 4, cầu khuẩn không thể phát triển ở môi trường này. Hoạt lực lên men tốt nhất ở vùng pH: 5.5 – 6.0.
Đa số vi khuẩn lactic, đặc biệt là trực khuẩn đồng hình rất kén chọn thành phần dinh dưỡng trong môi trường và chỉ phát triển được trong môi trường có tương đối đầy đủ các acid amin hoặc các hợp chất nito phức tạp. Ngoài ra chúng còn nhu cầu về vitamin (B1, B2, B6, PP), các acid pantotenic và folic. Bởi vậy, môi trường nuôi vi khuẩn lactic có thành phần khá phức tạp [5].
Vi khuẩn lactic chịu được ở trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn etylic, nhiều loài vẫn sống được trong môi trường có 10 – 15% cồn hoặc cao hơn, một số trực khuẩn bền với NaCl (tới 7 – 10%).
Các vi khuẩn lactic ưu ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích là 25 – 350C, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ tối thích là 40 – 450C, ưa lạnh phát triển ở nhiệt độ tương đối thấp (50C hoặc thấp hơn). Khi gia nhiệt tới 60 – 800C hầu hết chúng bị chết sau 10 – 30 phút. Sự phát triển của nó cần có sự có mặt của peptone, acid amin hay muối amôn. Chúng có yêu cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, acid amin và khoáng chất. Quá trình lên men xảy ra tốt nhất trong môi trường acid pH từ 5.5 – 6, khi pH nhỏ hơn 5.5 quá trình lên men bị dừng lại.
Vi khuẩn lactic có hoạt tính proteaza: phân hủy được protein của sữa thành các peptid và acid amin. Hoạt tính này ở các loài là khác nhau, thường là trực khuẩn cao hơn. Vi khuẩn lactic lên men được đa số disacarit.
Chúng có khả năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nhưng không
có khả năng lên men các loại glucid phức tạp và tinh bột, chỉ có loài L. delbrueckii là
Một số loài có khả năng tạo thành màng nhầy. Một số khác có khả năng đối kháng với thể hoại sinh và các vi sinh vật gây bệnh hoặc làm thối rửa thực phẩm. Như vậy, ngoài khả năng tạo thành acid lactic, các loài này còn sinh ra các hợp chất có hoạt tính kháng sinh (người ta gọi các hợp chất này là bacteriocin). Những chất kháng sinh này không dùng trong y học mà chỉ được dùng trong bảo quản thực phẩm có hiệu quả khả quan. Các vi khuẩn lactic ngoài việc tạo thành acid còn có 1 số loài
tạo được chất thơm (diacetyl, acetoin, acid bay hơi…) như Streptococcus
diacetylactic.
Vi khuẩn Lactobacillus có thể làm giảm hội chứng nhạy cảm đường ruột. Các
vi khuẩn này có nhiệm vụ biến đổi chất xơ thực phẩm, thức ăn chưa tiêu hóa hết ở ruột non thành acid lactic, acetic, butyric, hàng loạt vitamin, acid amin, men, hocmon và các chất dinh dưỡng quan trọng khác, sinh ra các khí như NH3, CO2, H2S…
2.2.2.4 Ứng dụng của Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus acidophilus còn là loại Probiotic thông dụng nhất, hay là loại vi
khuẩn có ích. Loại vi khuẩn có lợi này cư trú tại ruột, âm đạo để bảo vệ, chống lại sự xâm nhập hay gia tăng của các vi sinh vật có hại có thể gây bệnh. Đây là cơ chế hoạt động hoàn hảo.
Ví dụ, sự phân rã của thức ăn do khuẩn L. acidophilus sản xuất ra acid lactic, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hydrogen peroxide… tạo ra sự phản ứng của môi trường chống lại các sinh vật không ưa thích.
L. acidophilus cũng sản xuất ra lactase, loại enzyme có khả năng phá huỷ
Hình 12: Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus [48].