4. Nội dung nghiên cứu
1.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic
Nhu cầu dinh dƣỡng cacbon: Các loại vi khuẩn lactic khác nhau có một nhu cầu về nguồn carbon khác nhau, nguồn năng lƣợng quan trọng nhất để vi khuẩn lactic xây dựng cấu trúc tế bào, cung cấp năng lƣợng cho quá trình hoạt động sinh ra các acid hữu cơ nhƣ acid lactic, acid malic, acid pyruvic, acid fumaric, acid acetic… là monosaccharide (glucose, fructose, mannose, galactose) và disaccharide (saccharose, lactose, maltose), một số loại có thể sử dụng các polysaccharide (tinh bột, dextrin).
Một số loài vi khuẩn lactic lên men dị hình có thể sử dụng các loại acid amin nhƣ acid glutamic, acid arginin, acid tirozin là nguồn cung cấp năng lƣợng và xảy ra quá trình decacboxyl, tạo CO2.
Nhu cầu về nittơ: Chỉ có một số ít các vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ nguồn nitơ vô cơ. Phần lớn các vi khuẩn lactic không tự tổng hợp đƣợc các hợp chất hữu cơ phức tạp có chứa nitơ từ các nguồn vô cơ nên chúng phải sử dụng các nguồn nitơ hữu cơ có sẵn trong môi trƣờng nhƣ pepton, peptide, acid amin, casein, lactanbumin.
Theo Orla – Jensen, nhu cầu sử dụng nitơ của vi khuẩn lactic chia làm 3 nhóm: - Các vi khuẩn lactic cần hỗn hợp phức tạp các acid amin trong môi trƣờng (chi phụ Thermobacterium).
- Các vi khuẩn lactic có thể phát triển tốt trên môi trƣờng chỉ có cisteine và muối amôni (chi phụ Steptobacterium).
- Các vi khuẩn lactic có thể phát triển trên môi trƣờng có nguồn nitơ duy nhất là muối amôni (chi phụ Steptococcus).
Nhu cầu vitamin: Các vi khuẩn lactic, đặc biệt là Lactobacillus rất cần vitamin cho sự quá trình sinh trƣởng và phát triển. Các vitamin đóng vai trò là các coenzyme trong quá trình trao đổi chất của tế bào. Một số ít vi khuẩn lactic có khả năng tổng hợp đƣợc vitamin nên phải bổ sung vào môi trƣờng các chất có chứa vitamin nhƣ nƣớc khoai tây, ngô, cà rốt, dịch tự phân nấm men và nhiều chất khác.
Nhu cầu vitamin B6 của vi khuẩn lactic ở dạng tự do và dạng liên kết bao gồm (pyridoxine, pyridoxal, pyridoxamine, pyridoxalphosphate, pyridoxaminephosphate. Đặc biệt là loài Streptococcus và Lactobacillus. Các vitamin nhóm B này kích thích cho sự phát triển của vi khuẩn.
Nhu cầu vitamin B5 (acid nicotinic) và B3 (acid pantotenic) rất cần cho sự phát triển của tất cả các loại vi khuẩn. Trong khi đó, vi khuẩn lên men lactic dị hình rất cần thiamine (vitamin B1) nhƣng acid folic và acid p – aminobenzoic không ảnh hƣởng đến sự phát triển của loài Lactobacillus.
Nhu cầu vitamin chịu ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố nhƣ nhiệt độ nuôi cấy, pH, lƣợng CO2 ban đầu và thế oxy hóa khử của môi trƣờng. Khi thay đổi nhiệt độ khoảng 3 ÷ 4 oC thì nhu cầu riboflavin với môi trƣờng bên ngoài Lactobacillus helveticus thay đổi khoảng 25%.
Nhu cầu vitamin còn chịu ảnh hƣởng của thành phần môi trƣờng nuôi cấy, sự có mặt của các acid amin, acid hữu cơ, deroxyribozit,... vi khuẩn sẽ không cần vitamin B12 nếu trong môi trƣờng có deroxyribozit hay bazơ purin cũng ảnh hƣởng tới nhu cầu acid p – aminobenzoic của vi khuẩn lactic.
Một số chất hữu cơ ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng hoặc kích thích sự phát triển của vi khuẩn lactic:
- Các bazơ nitơ: adenine, hypoxanthine, guanine, uraxin, thimine, thimidine. - Acid hữu cơ: acid acetic và nhiều acid hữu cơ không bay hơi khác.
- Acid amin: L – asparagine, L – glutamine.
Trong môi trƣờng chứa các acid amin tự do, vitamin và nhiều cấu tử cần thiết khác, protein chƣa thủy phân hoàn toàn sẽ thúc đẩy sự phát triển nhất định của vi khuẩn lactic, các peptide thực hiện vai trò cung cấp các acid amin cần thiết cho quá trình đồng hóa.
Acid acetic và acid citric ảnh hƣởng đến sự phát triển của vi khuẩn. Các citrate tạo thuận lợi cho tốc độ sinh trƣởng của vi khuẩn lactic. Các acetate hay acid acetic tác động quan trọng đến sự sinh trƣởng của tế bào nên acetat đƣợc dùng làm chất đệm trong môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn lactic. Ngoài ra acid oleic cũng ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng của hầu hết các loại vi khuẩn lactic, vì thế sử dụng Tween – 80, một dẫn xuất của acid oleic (polyoxythylen sorbitol monolat) trong môi trƣờng phân lập và nuôi cấy vi khuẩn lactic. Một số loài vi khuẩn lactic rất cần các acid béo không no, có tác dụng chuyển hóa thành biotine (vitamin H), chất sinh trƣởng rất cần thiết cho vi khuẩn lactic.
Nhu cầu các muối vô cơ: Các hợp chất vô cơ nhƣ đồng, sắt, mangan, natri, kali, lƣu huỳnh, magie,… là các chất đảm bảo cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi
khuẩn lactic. Đặc biệt là mangan, ngăn cản quá trình tự phân của tế bào và cần thiết cho quá trình sống của loại vi khuẩn này. Tóm lại, mangan và magie đóng vai trò:
- Tham gia cấu trúc và đảm bảo chức năng hoạt động của enzyme. - Giải độc tế bào khỏi sự hoạt động của oxy. Mn2+
thay thế dioxyt dimustase để thải các gốc O2-
.
- Ổn định cấu trúc tế bào, Mn2+
tham gia vào sự ổn định ribosome.
- Mg2+ là chất hoạt động trong các quá trình lên men lactic bằng cách giúp vi khuẩn sử dụng tốt hơn các loại đƣờng.
Phosphate: là loại muối quan trọng nhất mà các vi khuẩn lactic yêu cầu. Các muối amon không thể đƣợc dùng làm nguồn nitơ duy nhất. Song chúng gây một số ảnh hƣởng nhất định lên sự chuyển hóa một số acid amin. Sự có mặt của một số muối khoáng có lẽ không phải là bắt buộc và yêu cầu hàm lƣợng có sẵn của chúng trong các môi trƣờng phù hợp.
Nhiệt độ: là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng tới quá trình sinh trƣởng của vi khuẩn. Tùy thuộc vào nhiệt độ tối ƣu cho lên men và cho sinh trƣởng mà vi khuẩn đƣợc chia làm 2 nhóm là nhóm ƣa nhiệt và nhóm phát triển ở nhiệt độ vừa phải.
Giá trị pH: acid lactic mới tạo thành phải đƣợc trung hòa liên tục, để lên men nhanh và trọn vẹn, phạm vi pH tối ƣu phải nằm giữa pH 5,5 và 6,0. Lên men bị ức chế mạnh ở pH 5 và sẽ dừng lại ở pH < 4,5.