Ứng dụng bacteriocin trong bảo quản thực phẩm

monocytogenes, tế bào sinhdưỡng Bacillus spp., Clostridium spp., ngăn chặn sự nảy mầm của bào tử của các loài Bacillus và Clostridium... leucocin A, pediocin PA-1– IIb: dipeptide vd: lac

Kích th ướ c nh ỏ (<10KDa), b ề n nhi ệ t (100 o C ñế n

120 o C), là peptide không ch ứ a lanthionine, ho ạ t

ñộ ng trên màng t ế bào Peptides ho ạ t ñộ ng trên Listeria v ớ i –Y–G–N–G–V–

X–C– g ầ n ñầ u ch ứ a g ố c amin Bacteriocin có hai peptide Các bacteriocin khác

nhóm

Nhóm

Bacteriocin nhóm I

• Lanbiotics: ch ứ a các axit amin th ườ ng

không tìm th ấ y trong t ự nhiên (lanthionine

và β -methyllanthionine)

• Các axit min này sinh t ổ ng h ợ p do nh ữ ng

thay ñổ i sau quá trình d ị ch mã

• Là các peptide t ươ ng ñố i dài, có th ể ñế n

34 g ố c axit amin

• Kích th ướ c <5kDa

aureus, L monocytogenes, tế bào sinh

dưỡng Bacillus spp., Clostridium spp., ngăn

chặn sự nảy mầm của bào tử của các loài

Bacillus và Clostridium

Nisin: c ơ ch ế kháng khu ẩ n

• Màng nguyên sinh ch ấ t là ñ ích ñầ u tiên c ủ a nisin

• E.coli và các vi khu ẩ n G- khác th ườ ng b ị nisin tác ñộ ng

n ế u màng t ế bào ñ ã b ị phá h ủ y b ở i m ộ t s ố ch ấ t khác

• Nisin ứ c ch ế sinh t ổ ng h ợ p peptidoglycan
nisin t ươ ng

tác v ớ i các ti ề n ch ấ t lipid I và lipid II

• Nisin có kh ả n ă ng t ạ o l ỗ trên các t ế bào

• Nisin s ử d ụ ng ti ề n ch ấ t lipid II nh ư phân t ử trung gian

• Nisin ñược tìm thấy có khả năng kích thích quá

trình tự phân của những tế bào Staphylococcus

nhạy cảm

• Nisin tích ñiện dương có khả năng hoạt hóa hai

loại enzym thủy phân màng tế bào

leucocin A, pediocin PA-1)

– IIb: dipeptide (vd: lactacin F, lacticin 3147)

– IIc: các bacteriocin còn lại (vd: lactococcin A,

plantaricin A)

Bacteriocin nhóm IIa

• S ự gi ả m ATP ñượ c cho là do nhu c ầ u

ATP c ủ a vi khu ẩ n lactic ñể duy trì l ự c v ậ n

chuy ể n proton

• T ế bào không th ể sinh t ổ ng h ợ p ATP b ở i

vì phosphat b ị “r ử a trôi”

Bacteriocin nhóm IIb

Bacteriocin nhóm IIc

Bacteriocin nhóm III

• Nhóm III bacteriocins t ươ ng ñố i l ớ n (30

kDa), là protein không b ề n nhi ệ t

• Bao g ồ m enzymes ngo ạ i bào (hemolysins

and muramidases) có th ể b ắ t ch ướ c ho ạ t

ñộ ng sinh lý c ủ a bacterioncin

• Bacteriocins nhóm III h ầ u nh ư m ớ i ñượ c

phân l ậ p t ừ gi ố ng Lactobaccillus

– Dùng que c ấ y ch ấ m ñ i ể m trên b ề m ặ t th ạ ch ho ặ c

nh ỏ 1 gi ọ t canh tr ườ ng – ðổ th ạ ch có ch ứ a vi sinh

v ậ t ch ỉ th ị lên trên – Nuôi c ấ y và quan sát vòng kháng khu ẩ n

Ph ươ ng pháp nghiên c ứ u ho ạ t

tính kháng khu ẩ n

• Phương pháp ñục lỗthạch(well-diffusion method)

– C ấ y vsv ch ỉ th ị cùng môi tr ườ ng

th ạ ch, ñổ ñĩ a – ðụ c l ỗ , nh ỏ d ị ch nuôi c ấ y ñ ã lo ạ i

t ế bào vi khu ẩ n – Nuôi c ấ y và quan sát vòng kháng khu ẩ n

– Dùng ñể ki ể m tra b ả n ch ấ t ch ấ t

có ho ạ t tính

Ph ươ ng pháp nghiên c ứ u ho ạ t

tính kháng khu ẩ n

• Dùng dịch nuôi cấy: loại dần các nguyên nhân

kháng khuẩn và thử trên ñĩa thạch với vi sinh vật

• Nuôi vi sinh vật chỉthị trong dịch nuôi cấyñã loại

bỏ vi khuẩn lactic, ñếm tế bào (ñoñộ ñục, nuôi

Nisin ở d ng b ộ t màu tr ắ ng, ho ạ t l ự c 1000IU/mg

B ề ở nhi ệ t ñộ th ườ ng và trong ñ i ề u ki ệ n pH th ấ ở nhi ệ t ñộ cao Ch ị u ñượ c 30 min ở pH=2.0 , 121 o C

và 15 min ở pH=3.0 121 o C Ở pH cao, ñộ ổ n ñị nh

2.3 Bacteriocin và công nghệ rào cản

Bacteriocin thích hợp trong bảo

quản thực phẩm

• Hợp chất sinh ra bởi vi khuẩn lactic (GRAS)

• Không hoạtñộng ñối với sinh vật nhân chuẩn

• Có thể bị vô hoạt bởi protease ñường ruột, ít tác

dụng lên các vsv ñường ruột

• Bền pH, nhiệt

• Phổ kháng vsv tương ñối rộng

• Cơ chếtác dụng thường trên màng tếbào

• Thường mã hóa trên plasmid, dễ thao tác về

mặt di truyền

• Giảm nguy cơ lây nhiễm vi sinh vật gây bệnh

trong dây chuyền SX thực phẩm

• Giảm thiểu hao hụt kinh tế do sự hư hỏng thực

phẩm

• Giảm việc dùng chất bảo quản tổng hợp hóa học

• Giảm quá trình xử lý nhiệt: giữ ñược chất dinh

dưỡng, vitamin, các tính chất cảm quan của thực

phẩm

2.1 B ổ sung bacteriocin vào th ự c

ph ẩ m

• B ổ sung d ạ ng ch ế ph ẩ m bacteriocin không

có vi sinh v ậ t s ả n xu ấ t (ex situ)

• B ổ sung d ạ ng vi sinh v ậ t s ả n xu ấ t, t ạ o

ñ i ề u ki ệ n thu ậ n l ợ i cho vi sinh v ậ t này sinh

bacteriocin (in situ)

B ổ sung d ạ ng ch ế ph ẩ m

bacteriocin

• Nuôi cấy vi khuẩn sinh bacteriocin, tách chiết,

cô ñặc và tinh chế bacteriocin rồi bổ sung

vào thực phẩm

• Cần ñược sự cho phép của các cơ quan

chức năng (hiện nay mới có nisin, E234)

• Bổ sung dạng dịch nuôi cấy trên cơ chất thực

phẩm (food grade): sữa hoặc whey

• Chế phẩm dạng này có thể coi là phụ gia thực

phẩm: tăng nồng ñộ protein, chất làm ñặc

(thickening)

• Chứa một số chất kháng vi sinh vật (vd: axit

lactic) trongñó có bacteriocin

• Một số chế phẩm ñã thương mại hóa: ALTA™

B ổ sung d ạ ng ch ế ph ẩ m

bacteriocin

• Cố ñịnh trên giá thể(chất mang)

• Cung cấp bacteriocin dần dần, liên tục trong

thực phẩm

• Cố ñịnh bacteriocin trên các giá thể: bảo vệ

bacteriocin khỏi các tác ñộng của môi trường

thực phẩm

• Cung cấp bacteriocin tại chỗ, ñỡ tốn kém so với

việc cung cấp bacteriocin cho toàn bộ sản phẩm

C ố ñị nh bacteriocin – giá th ể

• Giá thể: dùng chính tếbào vi sinh vật sản xuất

• Hạt silica gel, tinh bột

• Bao bọc bởi liposome, các loại gel hoặc bản

mỏng (films) từ nhiều loại vật liệu: Canxi alginat,

gelatin, cellulose, protein ñậu tương, zein từ

ngô, màng collagen, polysaccharide,

cellophane, silicon, hoặc các màng plastic khác

• Thường bổ sung trên bề mặt thực phẩm sau

quá trình chế biến

Vi khu ẩ n m ụ c tiêu

• Nồng ñộ VSV

• ðộ nhạy ñối với bacteriocin (phụ thuộc loại

Gram, giống, loài, chủng…)

• Trạng thái, giai ñoạn sinh lý (phát triển, nghỉ,

thiếu chất dinh dưỡng hoặc còn sống nhưng

không nuôi cấy ñược (non-culturable), bị stress

hoặc tế bào bị tổn thương, bào tử…)

2.3 Bacteriocin và công ngh ệ rào

Bacteriocin trong công ngh ệ rào c ả n

Ph ố i h ợ p bacteriocin v ớ i mu ố i vô c ơ

• NaCl t ă ng kh ả n ă ng kháng VSV c ủ a nisin,

leucocin F10, enterocin AS-48, …

• Hi ệ u qu ả do t ươ ng tác ion gi ữ a phân t ử

bacteriocin các nhóm tích ñ i ệ n ñ óng vai

trò trong vi ệ c g ắ n bacteriocin v ớ i t ế bào

• NaCl có th ể thay ñổ i c ấ u trúc bacteriocin

và thay ñổ i b ề m ặ t t ế bào vi sinh v ậ t ñ ích

Ph ố i h ợ p bacteriocin v ớ i mu ố i vô c ơ

• Ph ố i h ợ p gi ữ a nitrit và nisin làm gi ả m quá

trình t ạ o botulin, t ă ng hi ệ u qu ả lên bào t ử

Clostridium

• B ổ sung nitrit c ũ ng t ă ng kh ả n ă ng kháng

listeria c ủ a vi khu ẩ n sinh bacteriocin trong

th ị t

• Các chất tạo càng (chelating agent) thấm qua

màng ngoài của tế bào G- , tách các ion Ca2+

và Mg2+ , ổn ñịnh màng lipopolysaccharide,

tạo ñiều kiện cho bacteriocin tác dụng

• Tác dụng của EDTA, natri pyrophosphat

(Na2H2P2O7), natri phosphat,… làm tăng hiệu

quả ức chế vi khuẩn G- của bacteriocin ñã

ñược chứng minh

bacteriocin): nisin và lysozyme, nisin và h ệ

lactoperoxydase, nisin và lactoferrine

Bacteriocin và quá trình x ử lý nhi ệ t

• Nisin tác d ụ ng ph ố i h ợ p v ớ i nhi ệ t lên L

Bacteriocin và ñ óng gói trong môi

• L monocytogenes bịtiêu diệt hoàn toàn khi

nhúng trong 10 IU/ml nisin và ñóng gói

trong 80% CO2/20% không khí trong vòng

30 ngày bảo quảnở 4oC

Bacteriocins và xung ñ i ệ n tr ườ ng

(pulsed electric fields)

• Tổn thương gần gây chết (sub-lethal) xảy ra

bắt ñầu từ chuyển pha của màng tế bào, ảnh

hưởng ñến protein vận chuyển TP

• Một số vi khuẩn sau xử lý HHP có thể sinh ra

kháng khuẩn (E coli, S enteritidis, S

typhimurium, S sonnei, S flexneri, P

fluorescens và S aureus)

• Tăng khả năng ức chế vi khuẩn trong sữa (E

coli, P fluorescens, L innocua, và L

viridescens)

• Tăng sự nhạy cảm của E coli bền áp suất

Bacteriocin và các quá trình x ử lý

không gia nhi ệ t

• Pediocin và chi ế u x ạ n ă ng l ượ ng th ấ p làm