THUYẾT TRÌNH VI SINH VẬT NÔNG NGHIỆP VI KHUẨN LACTIC

 PHÂN LOẠI Xét theo cách thức lên men, vi khuẩn lactic được chia thành hai nhóm là vi khuẩn lactic lên men đồng hình và vi khuẩn lactic lên men dị hình... Lên men lactic đồng hình điển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

I GIỚI THIỆU VI KHUẨN LACTIC

Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillaceae Các chủng vi khuẩn thuộc nhóm này có đặc điểm sinh thái khác nhau nhưng đặc tính sinh lý tương đối giống nhau Tất cả đều có đặc điểm có đặc điểm

chung là vi khuẩn Gram dương, không tạo bào tử, không di

động, hô hấp tùy tiện ( kị khí và hiếu khí ) và không chứa các men hô hấp như xitoccrom và catalaza Chúng thu nhận năng

lượng nhờ quá trình phân giải hydrat cacbon và sinh ra axit lactic, sinh sản bằng hình thức phân đôi tế bào

Nhóm vi khuẩn lactic bao gồm nhiều giống khác nhau:

 PHÂN LOẠI

Xét theo cách thức lên men, vi khuẩn lactic được chia thành hai nhóm là vi khuẩn lactic lên men đồng hình và vi khuẩn lactic lên men dị hình

Xét theo hình thái cấu trúc thì vi khuẩn lactic được chia ra hai nhóm:

 Liên cầu khuẩn lactic (Streptococcus lactic): Tế bào hình

tròn, oval, thường xếp thành đôi hoặc thành chuỗi

 Trực khuẩn lactic (Lactobacillus): Chúng đứng riêng lẻ hoặc

kết thành chuỗi và gồm ba nhóm nhỏ là trực khuẩn ưa nhiệt (nhiệt độ tối ưu là 40- 45 0C), nhóm trực khuẩn ưa ấm (nhiệt độ tối ưu là khoảng 30 0C) và nhóm Beta bacterium

II CẤU TẠO :

1 Màng tế bào:

a Vỏ nhầy/Dịch nhầy: là một lớp vật chất dạng keo, có độ dày

bất định Nước chiếm chủ yếu (98%) Phần còn lại là chất hữu cơ

với thành phần chủ yếu là polysaccharit, ngoài ra còn có protein, polypeptit Kích thước từ 14 – 18 nm

Chức năng:

+ Bảo vệ tế bào vi khuẩn

+ Là nơi dự trữ thức ăn

+ Tích luỹ một số sản phẩm trao đổi chất

+ Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt của giá thể

b Thành tế bào: Chiếm 25 – 30% khối lượng khô của tế bào có

kích thước lớn 14 – 18 nm

Chức năng:

+ Giữ cho tế bào có hình dạng ổn định

+ Bảo vệ tế bào vi khuẩn: Chịu được áp suất thẩm thấu từ 15 –

20 atm

+ Cần thiết cho quá trình phân cắt bình thường của tế bào

+ Có liên quan đến tính kháng nguyên, của vi khuẩn: Cấu trúc polyozit của glycopeptit đã quyết định tính đặc hiệu về miễn dịch của kháng nguyên trên vi khuẩn Lactic

c Màng nguyên sinh chất: dày khoảng 4 – 5 nm, cấu tạo bởi 2

lớp photpholipit chiếm 30 – 40% khối lượng và các protein chiếm

60 – 70% khối lượng

Chức năng:

+ Duy trì áp suất thẩm thấu bên trong tế bào

+ Điều hoà sự vận chuyển các chất dinh dưỡng và các sản phẩm trao đổi chất ra hay vào tế bào

+ Là nơi tổng hợp nhiều loại enzim

+ Có nhiệm vụ trong sự phân chia tế bào cùng với mezoxom

2 Màng nguyên sinh chất: Chứa 80 – 90% nước, thành phần còn

lại chủ yếu là lipoprotein

a Mezoxom: là 1 thể hình cầu, nằm gần vách ngăn ngang và chỉ

xuất hiện khi tế bào phân chia

b Riboxom: chứa khoảng 40 – 60% ARN, 35 – 60% protein,

ngoài ra còn chứa một ít lipit, một số enzim và một ít chất khoáng

c Các hạt dự trữ hay thể vùi: bao gồm hạt lipoit, glycogen

Chức năng dự trữ được thức ăn mà còn làm giảm bớt áp suất thẩm thấu dưới dạng polyme

d Không bào: được bao bọc bởi một lớp màng không bào

(tonoplast) có cấu trúc hoá học là lipoprotein, trong không bào chứa đầy dịch tế bào Có vai trò điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào

và là nơi chứa những sản phẩm bất lợi của quá trình trao đổi chất

3 Thể nhân: là 1 nhiễm sắc thể cấu tạo bởi 1 sợi ADN xoắn kép

cấu trúc sợi nhỏ có đường kính 3 – 8 nm, gắn với màng nguyên sinh chất

III HOẠT ĐỘNG

Quá trình trao đổi chất và năng lượng của vi khuẩn lactic thực hiện

thông qua việc lên men lactic

Dựa vào khả năng lên men lactic người ta chia vi khuẩn lactic làm hai nhóm: Lên men lactic đồng hình và Lên men lactic dị hình

1 Lên men lactic đồng hình (điển hình):

Là quá trình lên men trong đó các sản phẩm axit lactic tạo ra chiếm 90% tổng số các sản phẩm lên men và một lượng nhỏ axit acetic, aceton, di-acetyl,

Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men:

C6H12O6 -> 2 CH3CHOHCOOH + 21,8.104 J

Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucoza được chuyển hoá theo chu trình Embden-Mayerhoff, vi khuẩn sử dụng cho qui trình này tất cả các loai enzym aldolase, còn hydro tách ra khi dehydro hoá triozophophat được chuyển đến pyruvat

Vì trong vi khuẩn lên men lactic đồng hình không có enzyme cacboxylase cho nên axit pynivic không phân huỷ nữa mà tiếp tục khử thành axit lactic

2 Lên men lactic dị hình:

Là quá trình lên men trong đó ngoài sản phẩm axit lactic còn tạo ra một lượng đáng kể các sản phẩm phụ như axit acetic, etanol, axit xucxinic, CO2,

Phương trình chung biển diễn quá trình lên men:

C6H12O6 -> CH3CHOHCOOH + HOOC(CH2)COOH +

CH3COOH + C2H5OH + CO2

Trong đó, axit lactic chiếm khoảng 40%, axit xucxinic khoảng 20%, rượu êtylic và axit acetic 10% các loại khí 20% đôi khi không có các khí mà thay vào đó là sự tích luỹ một lượng ít axit foocmic

Chứng tỏ rằng quá trình này phức tạp hơn so với lên men lactic đồng hình

Hợp chất này tiếp tục biến

thông qua axit pynivic mà

tạo thành axit lactic

Trong vi khuẩn lên men lactic dị hình không có các enzyme cơ aldolase triozophotphatizomerase bước đầu phân giải đường glucose ở những vi khuẩn này theo con đường pentozophotphat

 Axit lactic được tạo thành từ axit pynivic do sự tiếp nhận trực

tiếp hydrogen từ dehydrase

 Axit xucxinic tạo thành từ axit pynivic do tác dụng với CO2 và

tiếp theo là sự tiếp nhận hydrogen từ dehydrase

 Etanol và axit acetic tạo thành nhờ men aldehydrase từ

acetaldehyde

 Việc sinh ra các khí liên quan đến điều kiện yếm khí tỉ lệ các hợp

chất phụ sinh ra phụ thuộc vào môi trường dinh dưỡng và các loại

vi khuẩn lactic

IV ĐIỀU KIỆN SỐNG

Các loại vi khuẩn lactic khác nhau thì có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau Chúng không chỉ có nhu cầu về các nguồn cơ chất chứa các nguyên tố cở bản như cacbon, nitơ, photphat và lưu huỳnh mà còn có nhu cầu về một số chất cần thiết khác như vitamin, muối vô cơ…

Phần lớn vi khuẩn lactic không thể sinh tổng hợp được các hợp chất chứa nitơ Vì vậy để đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển chúng phải sử dụng các nguồn nitơ có sẵn trong môi trường

 Nguồn glucid

Để duy trì sự sống, điều hoà các quá trình chuyển hoá trong tế bào

vi khuẩn cần sử dụng nguồn glucid có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon

Nguồn cung cấp glucid quan trọng cung cấp cho vi khuẩn là đường lactose

Hầu hết các vi khuẩn lactic đều có enzyme lactoza nên thuỷ phân được lactose thành glucose và galactose

 Nguồn Azốt

Có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật nếu không có các nguồn này thì không thể tổng hợp được các chất phức tạp cấu tạo nên nguyên chất trong tế bào vi sinh vật

Vi sinh vật đòi hỏi nguồn Azốt rất cao đặc biệt là:

+ Protit: Sự tương tác giữa Casein trong sữa với vi khuẩn lactic

khi có sự hiện diện của ion H+ trong môi trường làm tăng khả năng lên men lactic

+ Pepton: Trong môi trường sữa đã có sẵn nguồn pepton nhưng

do nhu cầu peptone đối với cơ thể vi khuẩn rất cao do đó cần bổ sung peptone từ bên ngoài vào môi trường sữa để đảm bảo lượng peptone đủ để làm tăng tốc độ lên men

+ Acid amin: Vi khuẩn lactic hấp thụ được dễ dàng

 Nhiệt độ

Tuỳ từng loại vi khuẩn khác nhau mà nhiệt độ thích hợp cho nó

sẽ khác nhau:

 VSV ưa lạnh: tmin = 0 oC tmax =20 – 30 oC

 VSV ưa ấm: tmin = 3 oC tmax =45 – 50 oC

 VSV ưa nóng: tmin = 30 oC tmax =80 oC

Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến cường độ phát triển mà còn ảnh hưởng đến khả năng phát triển của chúng nữa

 Nhu cầu về Vitamin:

Vitamin đóng vai trò là các coenzyme trong quá trình trao đổi chất của tế bào, nên rất cần thiết cho hoạt động sống Tuy nhiên, đa số các loài vi khuẩn lactic không có khả năng sinh tổng hợp vitamin

Vì vậy cần bổ sung vào môi trường các loại vitamin Các chất chứa vitamin thường sử dụng như nước chiết từ khoai tây, ngô, cà rốt hay dịch tự phân nấm men…

Ngoài các axit amin và vitamin, vi khuẩn lactic còn cần các hợp

chất hữu cơ khác cho sự phát triển như các bazơ nitơ hay các axit hữu cơ

Một số axit hữu cơ có ảnh hưởng thuận lợi đến tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic như axit xitric, axit oleic Nên hiện nay người ta

sử dụng các muối xitrat, dẫn xuất của axit oleic làm thành phần môi trường nuôi cấy, phân lập và bảo quản các chủng vi khuẩn lactic

Tương tự như hai axit hữu cơ trên, axit axetic cũng có những tác động quan trọng đến sự sinh trưởng của tế bào Nên người ta thường sử dụng axit axetic dưới dạng các muối axetat để làm chất đệm cho môi trường khi nuôi cấy vi khuẩn lactic

 Nhu cầu các muối vô cơ khác:

Để đảm bảo cho sinh trưởng và phát triển đầy đủ, vi khuẩn

lactic rất cần các muối vô cơ Nhằm cung cấp các nguyên tố

khoáng như đồng, sắt, natri, kali, photpho, lưu huỳnh, magie đặc biệt là mangan, vì mangan giúp ngăn ngừa quá trình tự phân và

ổn định cấu trúc tế bào

V ỨNG DỤNG

1 LỢI ÍCH

a Trong nông nghiệp: Vi khuẩn lactic có khả năng hạn chế sự

phát triển của Fusarium, loại nấm gây bệnh quan trọng trong

nông nghiệp

Chế phẩm EM (Effective Microorganism) hay chế phẩm vi sinh

hữu hiệu nó bao gồm 80 chủng vi sinh trong đó có sự góp phần của vi khuẩn lactic Hiệu quả của chế phẩm này là cải tạo đất, tăng năng suất cây trồng và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

 Ủ thức ăn gia súc

 Sản xuất các hợp chất kháng khuẩn trong chăn nuôi

b Trong công nghệ thực phẩm:

Vi khuẩn lactic được sử dụng để làm dưa chua, làm chua quả

mà không làm mất màu tự nhiên của quả Dùng trong sản xuất tương, đậu phụ hay lên men sữa

Lactobacillus plantarum

Sản xuất nem, mắm tôm:

Sản xuất sữa chua

Streptococus lactic

Sản xuất bánh mì, pho mát

Lactobicillus delbriiecckii Lactobacillus casei

Sản xuất rượu vang

c Ứng dụng trong y học:

Vi khuẩn lactic được sử dụng trong y học để chữa bệnh đường

ruột, dùng trong phẫu thuật chỉnh hình, nha khoa, bệnh phụ

khoa…

d Ứng dụng trong ngành mỹ phẩm:

e Ứng dụng trong ngành công nghệ vật liệu

Thành phố Fez, Ma Rốc

Trong sản xuất sữa, sử dụng vi khuẩn lactic để thực hiện một số chuyển hóa cần thiết, tạo ra những chuyển hóa ngòai ý muốn của nhà sản xuất trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến (giảm pH, đông tụ Casein, xuất hiện các hợp chất mới trong sữa như Ethnol, Acid Acetic…làm thay đổi thành phần và cảm quan của sữa

2 TÁC HẠI

 Với thực phẩm có độ pH < 4,1 thường không được tiệt trùng

để bảo quản mà nó thường được bảo quản bằng tinh dầu hay axit benzoic Trong trường hợp bảo quản bị rò rỉ hoặc không đúng cách thì các vi khuẩn lactic sinh trưởng sẽ gây hiện tượng nhớt tạo khí, mất hương vị

 Đối với các sản phẩm muối chua như: dưa cải

muối, loài L brevis phát

triển gây ra màu đỏ và hiện tượng tạo khí

CO2 làm phồng hộp

 Trong phomat L casei sử

dụng cotrate, lên men dị hình tạo nhiều CO2 làm tăng các túi khí trong

phomat đóng gói L

plantarum tạo nhớt ở

phomat bảo quản trong muối

 Gây hiện tượng dinh khi lên men rượu vang, vi khuẩn lactic gây hỏng axit tartanic làm thối rữa rượu vang

 Gây ra hiện tượng vẫn

đục và bị chua trong công nghệ sản xuất bia, nước ngọt, rượu vang, làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của sản phẩm Do đó

chúng ta cần phải có biện pháp phòng và chống lại những ảnh hưởng xấu đó

 Việc bảo quản thịt và các sản phẩm thịt bằng đóng gói chân không hạn chế được sự phát triển của vi sinh vật gây thối

nhưng tạo điều kiện cho vi khuẩn Lactobacillus phát triển

mạnh Kết quả là sản phẩm bị nhớt, chua, mất mùi thơm, có mầu xanh

Đối với các loại rau quả, đặc biệt những loại rau thường sử dụng phân đạm urê để chăm bón, quá trình lên men sẽ khiến hàm

lượng nitrat có trong rau bị khử thành nitrit

CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI !