thuc pham

VI SINH VẬT HỌC VÀ VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨMSự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có mối liên hệ mật thiết đối với các hoạt động của đời sống co

Trang 1

BÀI GIẢNG

VI SINH THỰC PHẨM

GIẢNG VIÊN

Thạc sĩ: Lã Thành Nam

Trang 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Lân Dũng Vi sinh vật học Nhà xuất

Trang 3

GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH

Chương I: Vi sinh vật học và vai trò của Vi sinh vật trong Công nghiệp Thực phẩm

Chương II: Đặc điểm hình thái, cấu tạo và phân loại Vi khuẩn

Chương III: Đặc điểm hình thái, cấu tạo và phân loại Vi nấm

Chương IV: Sinh học của các cơ thể vô bào

Chương V: Sinh lý học Vi sinh vật

th c ph m.ự ẩ

Trang 4

VI SINH VẬT HỌC VÀ VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

1.1 SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC.

- Vi sinh vật là thuật ngữ khoa học chung để chỉ tất cả các cơ thể sống (và các tổ chức sống)

- Vi sinh vật phân bố rất rộng rãi trong thiên nhiên.

- Nguồn dinh dưỡng của vi sinh vật hết sức đa dạng, phong phú.

- Hoạt động sống của vi sinh vật có vai trò rất quan trọng trong các chu trình chuyển hoá vật chất trong thiên nhiên

Trang 5

Sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có mối liên hệ mật thiết đối với các hoạt động của đời sống con người, trong đó bao gồm cả trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm.

Lịch sử phát triển của ngành vi sinh vật học trải qua bốn giai đoạn:

- Giai đoạn ứng dụng kinh nghiệm.

- Giai đoạn hình thái học.

- Giai đoạn sinh lý – sinh hoá học và giai đoạn phát triển của vi sinh vật học hiện đại cho tới ngày nay.

Trang 6

Trong quá trình phát triển con người đã biết tận dụng

và khai thác những mặt có lợi và có hại của VSV

- Thí dụ, sản xuất các loại rượu, sản xuất bia, làm

phomát, ủ bột làm bánh mì, muối chua rau quả, làm

dấm Các quá trình sản xuất có ứng dụng vi sinh vật

này được hình thành qua con đường tích luỹ và hoàn

thiện kinh nghiệm Theo thời gian các quá trình này đã

dần phát triển đạt tới độ ổn định công nghệ tương đối cao, mặc dù bản chất của các biến đổi tạo ra sản phẩm này trong suốt khoảng thời gian dài vẫn chưa được

sáng tỏ

Trang 7

Năm 1676 ANTONI VAN LEEWENHOEK được vinh

dự xem là người đầu tiên phát hiện ra vi sinh vật (mặc dù

từ năm 1667, ROBERT HOOKE, khi quan sát trên đồ

dùng bằng da đã phát hiện và vẽ mô phỏng được hình ảnh của nấm sợi)

- Ông đã sử dụng kính hiển vi để quan sát và mô tả cụ thể đặc điểm hình thái vi sinh vật

- Với phát minh vĩ đại này, lần đầu tiên phát hiện sự tồn tại của thế giới các sinh vật nhỏ bé

Trang 8

- Khép lại giai đoạn ứng dụng theo kinh nghiệm, để mở

ra giai đoạn thứ hai là kỷ nguyên nghiên cứu hình thái

quyết hai vần đề: “thuyết tự sinh” và nguồn gốc bệnh

dịch, nên trong suốt gần hai thế kỷ, các công trình nghiên

cứu về vi sinh vật vẫn chỉ giới hạn ở mức quan sát và mô

tả hình thái học

Trang 9

- Louis Pasteur đã mở sang giai đoạn phát triển mới cho

ngành vi sinh vật học: giai đoạn nghiên cứu sinh lý –

sinh hoá học và cải tiến hoàn thiện các công nghệ lên

men truyền thống - L Pasteur đã được tôn vinh là người

khai sinh ra ngành sinh vật học

- Thí nghiệm sử dụng hai bình cổ cong chứa nước thịt đã đun sôi kỹ, trong đó một bình được nghiêng để đổ nước thịt chảy dọc ra ngoài Sau thời gian giữ ở trong phòng, bình nước thịt nghiêng nhanh chóng bị hỏng và trong đó

có rất nhiều vi sinh vật, trong khi bình còn lại vẫn trong và trong nước thịt không thấy vi sinh vật

Trang 10

Thực nghiệm khoa học của ông đã khẳng định vi sinh vật chính là tác nhân gây hỏng nước thịt, chứ không phải

do bất kỳ một thế lực “tự sinh” siêu nhiên nào

Kể từ sau sự kiện khoa học này, các phát minh khoa học không chỉ dừng lại ở việc mô tả các đặc điểm hình thái, mà còn đi sâu khám phá các đặc tính sinh lý, sinh hoá của vi sinh vật và xác định vai trò của chúng trước

các quá trình biến đổi liên quan trong thiên nhiên

Trang 11

- Việc sử dụng phương pháp phân lập vi sinh vật bằng kỹ

thuật nuôi cấy trên môi trường đặc của Robert Koch

(1843 – 1910) đã cho phép các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu trên canh trường vi sinh vật thuần khiết Kỹ thuật này cho phép rút ngắn rất nhiều thời gian thực

nghiêm, tạo điều kiện tiếp cận nhanh hơn, chính xác và chắc chắn hơn đặc tính của từng chủng vi sinh vật

- Việc ứng dụng công nghệ này đã mở ra một thời kỳ mới trong công nghệ lên men vi sinh: chuyển từ các quá trình

lên men giống tập trung sang công nghê lên men chọn lọc

chỉ sử dụng một chủng vi sinh vật làm tác nhân (hay các

quá trình lên men thuần khiết)

Trang 12

Robert Koch (1843-1910) Fannie Eilshemius (1850-1934) và

Walther Hesse (1846-1911)

Trang 13

Nhờ các cống hiến khoa học to lớn của L Pasteur, R Koch và các nhà khoa học đương thời khác, thế giới vi

sinh vật liên tục được khám phá, nhiều quá trình lên men sản xuất cổ truyền từng bước được hoàn thiện và triển khai mở rộng lên quy mô sản xuất công nghiệp

- Việc phát minh ra penicillin của Alexander Flemings

(1928) đã đặt nền móng tiếp theo cho bước phát triển đột phá của vi sinh vật học và công nghệ lên men vi sinh vật

Trang 14

VI SINH VẬT HỌC VÀ VAI TRÒ CỦA VI SINH

VẬT TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Chính từ việc triển khai sản xuất lớn penicillin cùng với việc giải quyết hiệu quả các vấn đề khoa học và công nghệ phát sinh trong quá trình hoàn thiện công nghệ lên men sản xuất chất kháng sinh này (cùng một số chất

kháng sinh khác) đã khai sinh ra thời kỳ phát triển rực rỡ

của vi sinh vật học hiện đại

Trên phương diện ứng dụng vi sinh vật, công nghệ

ứng dụng vi sinh vật (hay công nghệ lên men hiện đại) đã

mang sắc thái hoàn toàn mới, ở trình độ phát triển rất cao với các đặc trưng điển hình là:

Trang 15

“siêu tổng hợp” sản phẩm cao hơn rất nhiều so với

năng lực vốn có của chủng gốc trong tự nhiên (các

biến chủng dùng trong sản xuất công nghiệp)

khí, khuấy trộn và điều nhiệt với dung tích lớn (hay rất lớn) Toàn bộ quá trình lên men được kiểm tra, giám sát và vận hành công nghệ tự động theo chương trình bằng computer với độ ổn định và chính xác rất cao

Trang 16

- Áp dụng phối hợp các giải pháp công nghệ tiên tiến

nhất trong tất cả các công đoạn của quá trình lên men,

đặc biệt trong xử lý dịch lên men để tạo ra các sản phẩm

sinh học có hoạt tính cao và đảm bảo độ tinh sạch theo

nhu cầu, đáp ứng mọi mục đích sử dụng, có thể thoả

mãn hoàn toàn ngay cả những đòi hỏi khắt khe nhất, thí

dụ, các sản phẩm dùng trong nghiên cứu khoa học hay trong điều trị y học

Trang 17

1.2 KHÁI NIỆM VỀ VI SINH VẬT VÀ VAI TRÒ VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

- Vi sinh vật là các sinh vật có cấu tạo giản đơn

- Chúng vẫn mang đặc điểm điển hình của cơ thể sống: trao đổi chất, sinh trưởng,phát triển, di truyền, biến dị

- Thế giới vi sinh vật hết sức đa dạng, bao gồm nhiều

giới: vi khuẩn, siêu vi khuẩn, nấm (nấm men và nấm sợi), tảo và nguyên sinh động vật

- Vi sinh vật tham gia tích cực vào chu trình tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên Vì vậy, chúng có vai trò quan trọng đối với đời sống con người

Trang 18

Bên cạnh mối nguy hai do vi sinh vật mang lại, ngày nay, vi sinh vật đã được ứng dụng hết sức rộng rãi trong hàng loạt lĩnh vực khác nhau

Thí dụ, trong công nghệ thực phẩm, công nghiệp hoá

học, trong y - dược, trong nông nghiệp, trong bảo vệ môi trường hay trong thăm dò, khai thác và thu hồi kim loại Vai trò quan trọng của vi sinh vật trong công nghiệp thực phẩm thể hiện trên 7 mảng quan hệ lớn là:

Trang 19

- Toàn bộ sinh khối vi sinh vật là nguồn dinh dưỡng rất

có giá trị Với ưu thế về tốc độ phát triển nhanh chóng và lợi thế sản xuất công nghiệp sinh tổng hợp protein đơn bào hiện được xem là con đường khả thi nhất đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng ngày càng tăng cao cho nhân loại

- Một phần cơ thể vi sinh vật, thí dụ, các enzym nội bào

và enzym ngoại bào, cũng có thể tìm được vị thế ứng

dụng quan trọng trong công nghiệp thực phẩm: chế

phẩm enzym amylase trong sản xuất rượu và sản xuất bia, chế phẩm protease trong công nghệ chế biến thịt,

chế phẩm pectinase trong công nghệ nước quả và công nghệ rượu vang

Trang 20

- Nhiều sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật, bao

gồm vả sản phẩm trao đổi chất sơ cấp và sản phẩm trao đổi chất thứ cấp, chính là mục tiêu của quá trình công

nghệ lên men, thí dụ, sản xuất rượu, sản xuất dấm, sản xuất mì chính

- Hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật, trong một số

công nghệ nhất định, đã góp phần xác lập điều kiện thuận lợi, cần thiết cho quá trình chế biến sản phẩm, thí dụ, vai trò của vi khuẩn lactic để làm đông tụ sữa trong công

nghệ sản xuất phomat hay vai trò của nấm men khi ủ bột nhào trong công nghệ sản xuất bánh mì

Trang 21

- Dinh dưỡng học ngày nay đã khẳng định vai trò quan

trọng của hệ vi sinh vật lành tính có lợi trong cơ thể

đối với sức khoẻ con người Sự phát triển cân bằng của

hệ vi sinh vật lành tính này, một mặt đảm nhiệm hay thúc đẩy các chức năng sinh học nhất định, mặt khác đã tạo ra môi trường cạnh tranh sinh học bảo vệ cơ thể chủ trước

sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật gây bệnh

Cơ sở khoa học này là tiền đề cho sự ra đời thực

phẩm chức năng

Trang 22

- Vi sinh vật hiện được xem là tác nhân hữu hiệu nhất

trong các hệ thống xử lý nước thải ô nhiễm giàu chất hữu

cơ Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường trong sạch, ổn định và bền vững cho chính các

và được quy định chặt chẽ về mặt pháp luật ở tất cả quốc gia, dưới dạng tiêu chuẩn nhà nước về vi sinh vật

Trang 23

ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, CẤU TẠO VÀ

PHÂN LOẠI VI KHUẨN

sinh sản chủ yếu bằng phương thức phân chia giản đơn

từ tế bào mẹ ban đầu, có khả năng trao đổi chất độc lập với cường độ trao đổi chất rất lớn

- Chúng phân bố hết sức rộng rãi và tham gia vào hầu hết các khâu của quá trình tuần hoàn vật chất trong thiên

nhiên Nhiều loài vi khuẩn có vai trò ứng dụng quan trọng trong công nghệ thực phẩm

Trang 24

2.2 ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI VÀ KÍCH THƯỚC VI KHUẨN

- Mỗi loài vi khuẩn, trong những điều kiện sống nhất định,

có đặc điểm hình thái điển hình và đặc trưng của loài đó

- Các tế bào vi khuẩn đều có khả năng tồn tại và phát

triển độc lập, phụ thuộc vào đặc tính sinh lý của mỗi loài, chúng có thể tồn tại riêng lẻ từng tế bào, đứng sát nhau thành từng đôi, đứng liền nhau tạo thành chuỗi hay kết tụ với nhau tạo thành từng đám

- Khi quan sát tiêu bản vi khuẩn không nhuộm màu trên kính hiển vi thường, do kích thước vi khuẩn rất nhỏ,

thường chỉ quan sát được đại thể các đặc điểm hình thái

Trang 25

- Do ảnh hưởng của hiệu ứng chuyển động va chạm giữa các phân tử nên trên các tiêu bản vẫn có thể quan sát

thấy đồng thời cả các tế bào đứng riêng lẻ và các tế bào sắp xếp dưới dạng khác, song phần lớn các tế bào sẽ tồn tại ở dạng đặc trưng cho loài đó

- Khi điều kiện sống thay đổi, thí dụ, thành phần môi

oxy hoá khử của môi trường, mật độ tế bào quá cao, hay

sự xuất hiện của các cấu tử lạ trong môi trường cũng

có thể làm thay đổi những đặc điểm này ở một số loài

Một số dạng hình thái điển hình và phổ biến của vi khuẩn là:

Trang 26

a Dạng hình cầu (coccus)

- Nhiều loài vi khuẩn trong thiên nhiên có hình dạng giống hình cầu hay hình trứng, được gọi chung là các cầu

khuẩn

- Dựa vào trạng thái tồn tại trong canh trường người ta có

thể phân biệt ra: đơn cầu khuẩn (monococcus - tế bào tồn tại riêng rẽ), song cầu khuẩn (diplococcus – các tế bào

thường kẹp đôi), tứ cầu khuẩn (tetracoccus - thường tụ

thành từng cụm 4 tế bào với nhau), bát cầu khuẩn

(sarcina - thường tụ thành từng nhóm 8 tế bào), tụ cầu

khuẩn (staphylococcus – các tế bào kết tụ thành từng

đám) và liên cầu khuẩn (streptococcus – các tế bào liên

kết với nhau thành chuỗi)

Trang 27

Staphylococcus aureus

Trang 28

Trang 29

Trang 30

- Kích thước của phần lớn các loài cầu khuẩn thường

Streptococcus lactis 2µm, Pediococcus halophilus

bào tử (giống Sporosarcina).

b Dạng hình que: nhiều loài vi khuẩn, tế bào lại có hình

dạng trụ nhìn giống như một đoạn que – các loài có hình dạng này được gọi chung là các loài trực khuẩn

- Có loài trực khuẩn ngắn và có cả trực khuẩn dài, dạng que thẳng, song cũng có loài hơi cong hoặc uốn cong

Trang 31

Escherichia coli

Trang 32

Corynebacterium diphtheriae

Trang 33

Nhiều loài trực khuẩn có khả năng chuyển động

được nhờ tiên mao

- Một số loài trực khuẩn có khả năng hình thành bào tử, tuỳ thuộc vào loài vi khuẩn mà bào tử có thể được hình thành ở giữa, hay lệch về một đầu trực khuẩn (có thể làm cho hình dạng tế bào tại vùng bào tử phình to hơn các

phần khác) Kích thước thường thấy ở một số loài trực

Escherichia coli (0,5-1,0)x(1-2)µm Lactobacillus

Trang 34

Bordetella pertussis

Trang 35

c Phảy khuẩn và xoắn khuẩn: là một dạng khá

phổ biến khác của vi khuẩn là các tế bào của

chúng có hình dạng giống như dấu phảy (Vibrio)

hay cuộn xoắn lại một vài vòng như hình lò xo

(giống Spirillum) hoặc có loài cuộn xoắn lại nhiều vòng dài (giống Spirochetes) Kích thước bề

ngang phẩy khuẩn và xoắn khuẩn thường khoảng (0,3-1,5) µ m, chiều dài thay đổi nhiều giữa các

loài và có thể dài tới vài micromet (giống

Spirillum) hay thậm chí tới hàng trăm micromet

(giống Spirochetes).

Trang 36

* Ngoài ba nhóm hình thái phổ biến nêu trên, một số vi khuẩn lại có kiểu hình thái khác như:

d Nhóm Coryneform: gồm một số loài vi khuẩn, ngay ở

trạng thái phát triển bình thường, trong canh trường

thuần khiết vẫn tạo thành đồng thời các tế bào có hình dạng khác nhau Thí dụ, có cả các tế bào ngắn dạng như cầu khuẩn, tế bào dạng trực khuẩn dài, và cả các tế bào gẫy khúc dạng chữ V hay dạng chữ chi Đặc điểm hình thái tế bào các lọai vi khuẩn này thường biến đổi, phụ

thuộc vào loài, điều kiện môi trường và cả trạng thái sinh trưởng của chúng trong canh trường

Trang 37

e Nhóm xạ khuẩn (trong một số khoá phân loại có thể

xạ khuẩn được xếp vào giới nấm, ngoài ra, do nhiều loại

xạ khuẩn có vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất nhiều loại kháng sinh khác nhau, nên trong nhiều

trường hợp, xạ khuẩn có thể được đề cập đến như một nhóm độc lập): xạ khuẩn bao gồm các loài vi khuẩn có

cấu trúc tế bào dạng hệ sợi gồm vô số sợi nhỏ (0,5-1,0)

µm, dài, mảnh và phân nhánh nhiếu gọi là khuẩn ty (trông giống như khuẩn ty nấm)

Trang 38

- Khi còn non, hệ sợi của khuẩn ty không có vách ngăn (đơn bào) và gồm 2 phần là: khuẩn ty cơ chất và khuẩn ty khí sinh Đến giai đoạn sinh sản, hệ sợi của nhiều loại xạ khuẩn có thể hình thành rất nhiều vách ngăn Đồng thời, trên hệ sợi khí sinh sẽ xuất hiện các cuống bào tử, bào tử

sẽ dần hình thành trên đầu các cuống bào tử này, theo những kiểu đặc trưng của loài (dùng để phân loại xạ

khuẩn) Khuẩn lạc xạ khuẩn thường nhỏ, thô ráp và bám chắc vào môi trường, trong quá trình phát triển xạ khuẩn thường tích tụ sắc tố làm biến màu môi trường

Trang 39

d Dạng qua lọc của vi khuẩn: một số loài vi khuẩn,

thường là các vi khuẩn Gram âm, trong quá trình phát

triển tự nhiên hay do ảnh hưởng của tác nhân lạ nào đó (phổ biến nhất là do sống trong môi trường có chất kháng sinh) làm cho quá trình tổng hợp thành tế bào bị rối loạn dẫn đến các tế bào này chỉ có từng phần thành tế bào

hay hoàn toàn không có thành tế bào Khả năng tổng hợp thành tế bào ở những loài này có thể dần được phục hồi khi không còn tác nhân kích thích hoặc có thể bị mất vĩnh viễn.(Ngân cộng điểm)

Trang 40

Ngoài ra, trong tự nhiên còn có một số loài vi khuẩn

nguyên thuỷ không có thành tế bào (gọi là Mycoplasma)

Cả 2 dạng trên, do không có thành tế bào hoàn chỉnh,

đều dễ dàng bị biến đổi hình dạng theo điều kiện môi

trường và không gian bên ngoài, do đó chúng dễ dàng

chui qua các lớp lọc có kích thước mao quản lọc nhỏ hơn kích thước vi khuẩn

Mặc dù không có hoặc thiếu thành tế bào, các loài vi khuẩn này vẫn có khả năng phát triển bình thường nên thường gây cản trở việc tách phân ly sinh khối khi áp

dụng giải pháp lọc trong xử lý dịch lên men

Nhiều loài Mycoplasma đã biết là tác nhân gây bệnh

trên thực vật và động vật

Định dạng
Số trang	262
Dung lượng	10,78 MB