ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP VÀ ĐỊNH DANH CÁC DÒNG VI KHUẨN LACTIC CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ VI KHUẨN Vibrio parahaemolyticus, GÂY BỆNH HOẠI TỬ GAN TỤY
Tổng quan về tình hình nuôi tôm nước lợ
Trên thế giới
Hiện nay, có rất nhiều mô hình và đối tượng nuôi tôm nước lợ trên thế giới như tôm hùm, tôm thẻ, tôm sú,… Trong đó 2 loài tôm được nuôi phổ biến nhất đó là tôm sú (Penaeus monodon) và tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) (weidner and Rosenberry, 1992) Theo thống kê của FAO (2011) trong năm 2010 tổng sản lượng thủy sản thế giới đạt đến 148,5 triệu tấn Sản lượng khai thác và nuôi trồng thủy sản toàn cầu có thể đạt kỷ lục mới 160 triệu tấn trong năm 2013, so với 157 triệu tấn của năm 2012 trong khi xuất khẩu thủy sản sẽ đạt 136 tỉ USD, nuôi trồng chiếm 59,9 triệu tấn, ước tính tăng khoảng 25 triệu tấn so với năm 2001 Trong đó, sản lượng cá nước ngọt chiếm 56,4% (33,7 triệu tấn), nhuyễn thể chiếm 23,6% (14,2 triệu tấn), giáp xác chiếm 9,6% (5,7 triệu tấn), cá nước lợ chiếm 6,0% (3,6 triệu tấn), cá nước mặn chiếm 3,1% (1,8 triệu tấn) và những động vật thủy sản khác chiếm 1.4 % (814 300 tấn).
Ở Việt Nam
Đồng bằng Sông Cửu long là vùng nuôi tôm trọng điểm tại Việt Nam, bao gồm các tỉnh: Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Bến Tre, Trà Vinh,… với hai đối tượng nuôi chính là tôm sú và tôm thẻ Tổng diện tích nuôi trồng thủy sản ở ĐBSCL với diện tích khoảng 1.366.430 ha, trong đó nuôi nước lợ mặn là 886.249 ha (chiếm 89% cả nước) Diện tích nuôi của vùng tăng từ 527.398 ha năm 2011 lên 746.373 ha năm 2008, đạt tốc độ tăng trưởng bình quân 5,09%/năm (Viện kinh tế và quy hoạch thuỷ sản, 2009)
Theo Tổng cục Thuỷ sản (2013) trong năm 2012, toàn quốc có 30 tỉnh thành nuôi tôm nước lợ diện tích trên 657.523 ha tăng 0,2% so với năm 2011 nhưng do ảnh hưởng của dịch bệnh đã khiến sản lượng trong năm giảm từ 495.657 tấn chỉ còn 476.424 tấn Trong đó, tôm sú chiếm 94,1% tổng diện tích và 62,7% sản lượng tôm nuôi trong cả nước; thẻ chân trắng nuôi chiếm 5,9% diện tích với sản lượng chiếm 27,3% Khu vực ĐBSCL vẫn là vùng nuôi tôm nước lợ chủ lực của cả nước với diện tích 595.723 ha với sản lượng 358.477 tấn chiếm 90,61% diện tích, 75,2% sản lượng nuôi tôm cả nước) Trong đó diện tích nuôi tôm sú là 579.997 ha, sản lượng 280.647 tấn (chiếm 93,6 % diện tích, 94% sản lượng tôm sú cả nước) và diện tích nuôi tôm chân trắng là 15.727 ha, sản lượng 77.830 tấn (chiếm 41,2% diện tích, 42% sản lượng tôm chân trắng nuôi cả nước) tập trung ở một số tỉnh trọng điểm như
Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng và Bến Tre (Tổng cục Thủy sản, 2013).
Tình hình dịch bệnh trên tôm nuôi
Bệnh do virus trên động vật thủy sản
Theo Fulks và Main, 1992: Virus là một trong những tác nhân gây bệnh nghiêm trọng cho tôm Hiện nay trên thế giới đã phát hiện hơn 20 loài virut gây bệnh trên tôm biển trong đó có khoảng 6 loài gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc nuôi tôm biển trong đó có các bệnh truyền nhiễm như WSSV (white spot syndrome virus), YHV (Yellow Head virus), MBV (Monodon Baculo virus), IHHNV (Infectious hyperdermal and hematopoetic virus), TSV (Taura syndrome virus), và IMNV (Infectious Myonecrosis virus) Các loại bệnh này đã gây tỉ lệ chết rất lớn Trong các bệnh do virus gây ra thì bệnh WSSV (white spot syndrome virus) đã gây tổn thất lớn về kinh tế hơn bất cứ dịch bệnh nào trước đó với ước tính thiệt hại khoảng 30 tỷ USD Bệnh xuất hiện mọi lứa tuổi và cảm nhiễm trên rất nhiều đối tượng nuôi giáp xác khác nhau (FAO, 2005)
Trong các bệnh do virus gây ra trên tôm biển, MBV (Monodon Baculo virus) cũng gây thiệt hại không kém MBV đã được xác định là một bệnh phổ biến đối với tôm sú và có phân vùng địa lý khá rộng Trong đó, tôm sú thường bị nhiễm nặng và phổ biến nhất (Đỗ Thị Hoà và ctv., 2004) Bệnh có khả năng gây chết cao đối với các giai đoạn ấu trùng (zoea và mysis) và giai đoạn đầu của postlarval nhưng lại ít nguy hiểm hơn ở giai đoạn trưởng thành Tuy nhiên khả năng gây bệnh của MBV còn tuỳ thuộc vào độc lực của từng chủng virus ở từng vùng địa lý khác nhau (Bùi Quang Tề, 2003; Walker and Mohan, 2009) Ngoài ra, nhiều nhà nghiên cứu còn chứng minh rằng MBV còn làm cho tôm yếu đi, sức đề kháng kém và dễ dàng mẫn cảm với các mầm bệnh nguy hiểm khác như Vibrio, HPV, IHHNV và WSSV, gây tỷ lệ chết cao trong quần đàn (Đỗ Thị Hoà và ctv., 2004)
Một bệnh do virus gây ra gây thiệt hại không kém đó là bệnh TSV (Taura syndrome virut) Thiệt hại do TSV gây ra tại Mỹ ước tính từ 1-2 tỷ USD vào năm
2001, và vẫn chưa có thống kê chính xác về hậu quả của loại virus này gây ra tại khu vực châu Á đến thời điểm này (Walker and Mohan, 2008) Bên cạnh TSV thì bệnh hoại tử cơ quan tạo máu (IHHNV) cũng gây ảnh hưởng không nhỏ đến sản lượng tôm thẻ chân trắng trên thế giới, bệnh gây ra ”Hội chứng dị hình còi cọc” và ước tính thiệt hại khoảng 10-15% của mỗi vụ nuôi Tuy nhiên IHHNV (Infectious hyperdermal and hematopoetic virus) lại ít ảnh hưởng đến sự sinh trưởng cũng như khả năng sinh sản của tôm sú (Walker and Mohan, 2008).
Bệnh do vi khuẩn trên tôm
Tác nhân gây bệnh nguy hiểm đe dọa đến nghề nuôi tôm ở một số quốc gia trên thế giới là vi khuẩn, chủ yếu là các loài thuộc nhóm Vibrio (Lightner, 1996; Flegel, 2012) Vibriosis trên tôm thường do các tác nhân chính: Vibrio anguillarum,
V alginolyticus, V parahaemolyticus, V harveyi, V penaeicida (Lightner, 1996) trong đó V harveyi được xem là loài gây bệnh chủ yếu Các chủng V harveyi phát sáng được báo cáo gây thiệt hại trầm trọng trên tôm nuôi ở Philiphine, Australia, Mexico (Rao, 2007) Vibriosis được ghi nhận gây thiệt hại mỗi năm khoảng 30.800 tấn tôm he (Marsupenaeus japonicus) với giá trị thiệt hại xấp xỉ 85 triệu USD (Prayitno and Latchford, 1995) Theo Saulnier et al (2000) bệnh do vi khuẩn Vibrio thường xảy ra trong tháng nuôi đầu tiên khi tôm bị ảnh hưởng bởi một số thay đổi từ môi trường nuôi (pH, nhiệt độ, độ mặn, ) liên quan đến một số bệnh như nhiễm khuẩn cục bộ, nhiễm khuẩn trên gan tụy (Lighner, 1996), hoại tử đuôi (Tail necrosis), đỏ thân (Red disease), hội chứng mềm vỏ (Losse shell syndrome),… (Jayaree et al., 2006)
- Sơ lược về vi khuẩn Vibrio sp gây bệnh trên động vật thủy sản Đặc điểm chung của các vi khuẩn Vibrio: Gram âm, hình que thẳng hoặc hơi cong, kớch thước 0,3-0,5 àm x 1,4-2,6 àm, khụng hỡnh thành bào tử và chuyển động nhờ một tiêm mao hoặc nhiều tiêm mao mảnh, tất cả chúng đều yếm khí tùy tiện và hầu hết là oxy hóa và lên men trong môi trường O/F Glucose Thiosulphate citrate bile salt agar (TCBS) là môi trường chọn lọc của Vibrio Hầu hết các loài đều phát triển trong môi trường nước biển cơ bản, Na + kích thích cho sự phát triển của tất cả các loài Vibrio, chúng không phát triển trong môi trường không muối NaCl, chúng không sinh H2S, mẫn cảm với Vibriostat 2.4 diamino-6,7 diisopropyl pteridine phosphat (O/129) Cơ bản chúng sống trong môi trường nước biển và cửa sông (vùng nước lợ) (Nguyễn Thị Minh Trang, 2013)
Tôm có sự thay đổi màu sắc và chuyển sang màu hồng nhợt nhạt khi cảm nhiễm vi khuẩn Vibrio gây bệnh phát sáng (Bùi Quang tề, 2006) Đặng Thị Hoàng Oanh et al (2006) trong nghiên cứu về xác định vị trí phân loại và khả năng kháng thuốc kháng sinh của vi khuẩn Vibrio phát sáng phân lập từ hậu ấu trùng tôm sú (Penaeus monodon) thu được kết quả kháng sinh đồ của 26 trong số 27 dòng vi khuẩn phát sáng được thử với 6 loại thuốc kháng sinh thường dùng trong nuôi thủy sản cho thấy 100% số dòng vi khuẩn thử nghiệm kháng với ampicilin Các dòng vi khuẩn phát sáng thử nghiệm mẫn cảm với chloramphenicol, norfloxacin và nitrofurantoin hơn so với tetracycline và trimethoprim/sulfamethoxazole Phần lớn các dòng vi khuẩn thử nghiệm chỉ kháng với một loại kháng sinh (77%) Có khoảng 15% dòng vi khuẩn kháng với 2 loại kháng sinh và 4% kháng với 4 loại thuốc được thử Có 4% số dòng vi khuẩn kháng với cả 6 loại kháng sinh thử nghiệm
Các chủng vi khuẩn phát sáng có những đặc điểm hình thái điển hình của vi khuẩn giống Vibrio Các đặc điểm đó là di động, cho phản ứng oxidase và catalase dương tính, là vi khuẩn Gram âm, hình que, có khả năng lên men glucose trong cả hai điều kiện hiếu khí và kị khí, tạo nitrit từ nitrat, mọc trên môi trường chọn lọc cho nhóm Vibrio (Thiosulfate-Citrate-Bile salts-Sucrose TCBS) và nhất là nhạy với hợp chất 2,4-diamino-6,7-diisopropyl pteridine (O/129,150 μg) là hợp chất giúp phân biệt vi khuẩn Vibrio và Aeromonas Các chủng vi khuẩn phát sáng đều phát triển tốt ở môi trường có 3% NaCl, sinh indole và có khả năng tạo axít từ mannitol và trehalose (West et al.1986)
Bảng 2.2.2a Một số bệnh do vi khuẩn Vibrio gây ra ở tôm
S Tên bệnh Giai đoạn tôm Vi khuẩn gây bệnh Tác hại
1 Bệnh phát sáng ấu trùng, giống V.parahaemolyticus
2 Bệnh đỏ dọc thân Ấu trùng, giống V.alginolyticus Gây chết rải rác
3 Bệnh đỏ thân Tôm thịt Vibrio spp Gây chết rải rác
4 Bệnh vỏ hay ăn mòn kitin, đen mang ở các giai đoạn của tôm cua
Pseudomonas spp., Proteus sp chết rải rác, hàng loạt
5 Nhiễm khuẩn ở cá Cá nuôi ao, lồng Vibrio spp chết rải rác
Chen (1989) phân lập được trong gan tụy tôm sú có 18 loài Vibrio trong đó: Vibrio harveyi chiếm 26,9% và V splendidus chiếm khoảng 0,5% Hai loại này thường làm tôm bị chết nhiều, có lúc tới 100%, chúng có thể kháng lại 24 loại thuốc kháng sinh (Baticados et al., 1991) Chỉ có một loại kháng sinh kiềm chế sự phát triển của hai loại Vibrio này
+ Các bệnh Vibriosis trên tôm he (Marsupenaeus japonicus)
Trong quá trình nuôi, việc quản lý môi trường ao nuôi là rất quan trọng Khi điều kiện môi trường ao nuôi bất lợi thì một số loài vi khuẩn cơ hội, đặc biệt là vi khuẩn Vibrio sẽ tồn tại trong môi trường nước ao nuôi, xâm nhập vào cơ thể tôm và có khả năng gây ra bệnh Nếu môi trường ao nuôi tiếp tục xấu đi thì mật độ vi khuẩn ngày càng gia tăng, chúng có thể gây ra chết tôm trong thời gian ngắn hoặc gây bệnh mãn tính trên tôm Các bệnh thường gặp trên tôm khi môi trường ao nuôi bị nhiễm bẩn như là bệnh phân trắng, bệnh phát sáng, đen mang,… Bệnh phân trắng hay còn gọi là “bệnh phân trắng, teo gan”, tôm bị bệnh thải ra phân trắng và gan tụy bị teo hay mềm nhũng gây thiệt hại đáng kể cho người dân nuôi tôm (Nguyễn Khắc Lâm, 2004) Bệnh phân trắng không lây lan thành dịch mà thường xảy ra ở một số ao nuôi thâm canh, nuôi với mật độ cao, ít thay nước (Đặng Thị Hoàng Oanh và ctv., 2008) Trong các nghiên cứu của Đặng Thị Hoàng Oanh (2008) khi thu 220 mẫu tôm trong các ao có bệnh phân trắng ở Bạc Liêu, Sóc Trăng và Bến Tre từ tháng 5/2005 đến tháng 5/2006 và phân tích bằng phương pháp mô bệnh học, cho thấy có sự hiện diện của các mầm bệnh trong đó có ký sinh trùng, vi khuẩn và virus, các mầm bệnh này nhiễm trên các cơ quan gan tuỵ, mang, cơ quan lymphoid và ruột giữa
Bệnh phát sáng trên tôm nuôi thường xảy ra ở tất cả các giai đoạn (Đỗ Thị Hoà và ctv., 2001) Vibrio gây bệnh phát sáng xâm nhập vào bể ương qua trứng tôm, tôm mẹ, thức ăn…, bệnh phát triển mạnh trong những ao có hàm lượng chất hữu cơ cao, chất thải đáy ao tích tụ nhiều, và phát triển mạnh nhất ở độ mặn 30-35‰, bệnh xuất hiện khi pH 7,5-9, có thể xuất hiện khi mất tảo đột ngột hay do môi trường biến động mạnh (Harris et al., 1996)
+ Nghiên cứu Vibriosis trên tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vanamei)
Tôm thẻ chân trắng là một trong những đối tượng nhạy cảm với mầm bệnh
Vibriosis ở một số quốc gia trên thế giới Hiện tại, đã có nhiều nghiên cứu thí nghiệm về độc lực của các chủng Vibrio trên đối tượng này bằng một số phương pháp khác nhau đã được ghi nhận như cảm nhiễm bằng cách ngâm ấu trùng tôm thẻ chân trắng với V harveyi và V campbellii (Robertson et al., 1998; Soto- Rodríguez et al., 2006) và phương pháp tiêm trên tôm trưởng thành (Wanget al.,
2005) Tôm được gây cảm nhiễm trong các thí nghiệm này đều xảy ra hiện tượng chết cao (> 50%) trong thời gian 48 – 96 giờ tương ứng với mật độ vi khuẩn
10 5 CFU/ml đối với phương pháp ngâm và 10 4 CFU/ml đối với phương pháp tiêm Hầu như không ghi nhận được bất kì dấu hiệu lâm sàng nào trên tôm cảm nhiễm trong các thí nghiệm nói trên nhưng khi tiến hành phân tích mô bệnh học trên các mẫu thì phát hiện được một số biến đổi mô học đặc trưng trên một số cơ quan gan tụy, mang và cơ quan lymphoid Tôm nuôi nhiễm Vibriosis nói chung thường biểu hiện một số đặc điểm mô học đặc trưng như hiện tượng nhiễm khuẩn cục bộ trên các cơ quan, sau đó là sự tập trung của tế bào máu vây quanh các cụm vi khuẩn, kèm theo hiện tượng melamin hóa thường thấy trên cơ quan lymphoid, gan tụy, mang, mô liên kết mang, hệ thống tiêu hóa, (Lightner, 1996; Robertson et al., 1998; Pitogo et al., 1990) Các đặc điểm bệnh học tương tự cũng được ghi nhận khi gây cảm nhiễm V harveyi lên tôm thẻ (Penaeus semisulcatus) với các mật độ vi khuẩn khác nhau (Mohajeri et al, 2011) và trong thí nghiệm cảm nhiễm của Jayasree et al., (2012) trên tôm sú với các chủng vi khuẩn phân lập được trên tôm bị hội chứng mềm vỏ Bên cạnh đó, cũng ghi nhận được hiện tượng các tế bào máu bao vây các cụm vi khuẩn trên cơ quan lymphoid (Nash et al., 1992) và hiện tượng mất các không bào trên vùng gan tụy, làm ảnh hưởng đến khả năng dự trữ lipid và glycogen của gan (Anderson et al., 1988; Mohajeri et al., 2011)
+ Sơ lược về bệnh hoại tử gan tụy trên tôm biển Đặng Thị Hoàng Oanh et al (2012) vào đầu năm 2011, sự xuất hiện của hội chứng hoại tử gan tụy cấp tính chưa rõ nguyên nhân đã gây thiệt hại nghiêm trọng đến sản lượng tôm nuôi cả nước nói chung và khu vực ĐBSCL nói riêng Tôm mắc phải hội chứng gan tụy cấp tính thường biểu hiện một số dấu hiệu lâm sàng như gan tụy teo, dai; vỏ mềm, ruột rỗng; đôi khi xuất hiện những đốm đen có thể nhìn thấy bằng mắt thường; tôm thường chết đáy và chết cấp tính trong khoảng 2 – 4 ngày sau khi xuất hiện các dấu hiệu trên
Theo Lightner., et al (2013) bệnh hoại tử gan tuỵ trên tôm biển lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2009 được gọi là “Hội chứng tôm chết sớm-EMS (Early Mortality Syndrome)” Năm 2011, một tên mới được đặt dựa trên mô tả bệnh tích cấp tính, gọi là “hội chứng hoại tử cấp” (AHPNS -Acute Hepatopancreatic Necrosis Syndrome) Năm 2013, tên gọi “bệnh Hoại tử Gan tuỵ Cấp” (AHPND - Acute Hepatopancreatic Necrosis Disease) được dùng khi tác nhân gây bệnh được xác định) Bệnh gây tác hại lớn trên tôm sú, thẻ chân trắng ở các trang trại tôm Đông Nam Á, Thái Bình Dương và phía Tây Mê Hi Cô Bệnh AHPND ban đầu được phân loại là bệnh không rõ nguyên nhân, bởi vì không có mầm bệnh chuyên biệt nào được xác nhận Tuy nhiên kể từ đầu năm 2013, Phòng nghiên cứu Bệnh học Thuỷ sản Trường Đại học Arizona (UAZ-APL) đã phân lập được dòng vi khuẩn thuần của mầm bệnh AHPND là Vibrio Parahaemolyticus phân lập từ cả hai nước
Việt Nam và Mê Hi Cô đều cho cùng tác nhân gây bệnh Dòng vi khuẩn này thuộc nhánh của vi khuẩn Vibrio harveyi, gần nhất với loài vi khuẩn V parahaemolyticus
Theo thống kê của Tổng cục Thủy sản (2013) trong năm 2012, cả nước có khoảng 100.776 ha diện tích tôm nước lợ bị thiệt hại do dịch bệnh, trong đó tôm sú là 91.174 ha gây thiệt hại lớn về kinh tế cho người nuôi và ảnh hưởng đến sản lượng, giá trị xuất khẩu Nguyên nhân chủ yếu được xác định là do dịch bệnh hoại tử gan tụy và bệnh đốm trắng gây ra kèm theo một số nguyên nhân như thời tiết biến đổi bất thường, chất lượng môi trường nuôi chưa tốt; nuôi tôm không theo lịch thời vụ khuyến cáo; sử dụng hóa chất, thuốc thú y, chế phẩm sinh học còn tùy tiện, chưa được kiểm soát chặt chẽ; chất lượng con giống chưa bảo đảm, Các địa phương bị dịch bệnh nhiều nhất là Sóc Trăng thiệt hại 23.371,5 ha (56,6% diện tích thả nuôi); Bạc Liêu 16.919 ha (50% diện tích thả nuôi); Bến Tre thiệt hại 2.237 ha nuôi thâm canh, bán thâm canh (29,06% diện tích thả nuôi); Trà Vinh thiệt hại 12.200 ha (49,3% diện tích thả nuôi); Cà Mau diện tích tôm nuôi công nghiệp bị bệnh 958,58 ha, tăng trên 420 ha so với năm 2011 Riêng Tiền Giang, diện tích tôm nuôi thâm canh và bán thâm canh bị thiệt hại là 922,88 ha, chiếm 30,63% tổng diện tích thả nuôi tôm Đầu vụ nuôi năm 2013, tình hình dịch bệnh vẫn tiếp tục diễn biến và gây thiệt hại đến diện tích nuôi tôm ở một số tỉnh ĐBSCL Theo Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Trà Vinh, tính đến tháng 3, trên địa bàn tỉnh đã có gần 400 hộ nuôi tôm tại các huyện Duyên Hải, Cầu Ngang và Trà Cú thả nuôi tôm thẻ chân trắng với gần 140.000 con, thì trong đó có gần một nửa trong số này đã bị thiệt hại và chưa có dấu hiệu dừng lại Tình trạng tương tự cũng được ghi nhận ở một số ao nuôi tôm sú thâm canh thuộc các huyện Đầm Dơi, Phú Tân, Cái Nước với thiệt hại trên 116 ha trong số 2.740 ha diện tích tôm đang nuôi Trong 3 tháng đầu năm 2013, sản lượng nuôi trồng thuỷ sản của tỉnh Cà Mau chỉ đạt 45.000 tấn, thấp hơn nhiều so với cùng kỳ, báo hiệu một năm kinh tế thuỷ sản đang đứng trước nhiều khó khăn Nguyên nhân tôm chết ở 2 tỉnh đã được xác định đa phần do nhiễm bệnh đốm trắng và hoại tử gan tụy cấp làm cho tôm chết ở giai đoạn 25- 40 ngày tuổi, gây thiệt hại nặng, đặt ra nhiều thách thức cho nghề nuôi tôm trong năm
Lê Hữu Tài và ctv., 2011; Nguyễn Thị Hiền và ctv., 2011 còn cho biết nhiệt độ và độ mặn cũng có ảnh hưởng đến quá trình phát sinh và lây lan của AHPNS Ở những vùng nuôi có nhiệt độ và độ mặn càng cao thì khả năng nhiễm bệnh và tỷ lệ tử vong càng lớn
Sơ lược về vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic bao gồm một số giống: Carnobacterim, Enterococcus, Lactpbacillus, Lactococcus, Lactosphaera, Leuconostoc, Melissococcus, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus và
Weissella thuộc ngành Fermicute (Ercolini et al., 2001; Jay, 2000; Holzapfel et al.,
Vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn Gram dương (Fooks et al., 1999) và lên men hydrate cacbon khi có hoặc không có oxy và tạo ra sản phẩm cuối cùng là acid lactic (Jay, 2000) Nhóm vi khuẩn này còn sản xuất các hợp chất hữu cơ tạo ra mùi thơm và hương vị cho các sản phẩm được lên men (Caplice và Fitzgerald, 1999)
Sự phân loại vi khuẩn lactic dựa vào trình tự rARN (Gevers et al., 2001;
Holzapfel et al., 2001) Vi khuẩn lactic được phân lập đầu tiên trong sữa (Carr et al., 2002; Metchnikoff, 1908; Sandine et al., 1972) và gần đây chúng được phân lập từ các sản phẩm lên men như: thịt, các sản phẩm từ sữa, rau quả, nước uống và bánh mì lên men (Aukrust and Blom, 1992; Caplice and Fitzgerald, 1999; Harris et al.,
1992; Gobbetti and Corsetti, 1997; Jay, 2000; Liu, 2003; Lonvaud-Funel, 2001; O`Sullivan et al., 2012)
- Giới thiệu về vi khuẩn lactic và tình hình nghiên cứu probiotics và bacteriocin
Những dòng mang các đặc tính hình que, không di động, sinh acid lactic, gram dương, không sinh bào tử, catalase và oxidase âm tính, không sinh H2S, không sinh indole từ tryptophan, không dịch hóa gelatin là những dòng thuộc nhóm vi khuẩn lactic (Kandler and Wiss, 1986)
* Vi khuẩn lactic và quá trình lên men acid lactic
Vi khuẩn lactic (lactic acid bacteria-LAB) đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men thực phẩm Sản phẩm chủ yếu mà chúng tạo ra trong quá trình lên men carbohydrate (glucose và lactose) là acid lactic Một vài giống quan trọng như:
Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Pediococcus, Bifidobacterium và Carnobacterium (Abee et al., 1999)
Tùy thuộc vào sản phẩm của quá trình lên men mà người ta chia quá trình lên men acid lactic thành hai loại: lên men acid lactic đồng hình và lên men acid lactid dị hình Theo Abee et al (1999) thì hai quá trình này có những đặc điểm sau:
+ Lên men acid lactic đồng hình: nhờ hoạt động lên men của nhóm vi khuẩn lactic đồng hình Chúng biến đổi đường thông qua quá trình đường phân và tạo ra sản phẩm cuối cùng là acid lactic Quá trình lên men acid lactic đồng hình được cho là có lợi về mặt năng lượng (ATP) cho vi khuẩn acid lactic vì chúng tạo ra được 2 phân tử ATP và 2 phân tử acid lactic từ 1 phân tử đường được lên men Có rất nhiều loài vi khuẩn acid lactic lên men đồng hình: Lactobacillus lactis ssp lactis, Lactobacillus lactis ssp cremoris, Enterococcus faecalis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus salivarius, Streptococcus pyogenes, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei,…
Quá trình lên men lactic đồng hình: 1 Glucose → 2 acid lactic + 2 ATP
+ Lên men acid lactic dị hình: nhờ hoạt động lên men của vi khuẩn lactic dị hình Trong trường hợp này chỉ tạo thành 1 phân tử acid lactic từ 1 phân tử glucose được lên men, ngoài ra còn có các sản phẩm phụ khác như: acid acetic, ethanol,
CO2 Các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm Một số loài LAB lên men acid lactic dị hình: Leuconostoc lactis, Leuconostoc mesenteroides ssp cremoris, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum,…
Quá trình lên men acid lactic dị hình:
1 Glucose → 1 Acid lactic + 1 CO2 + 1 Ethanol + 1 ATP + Một số sản phẩm phụ
+ Thành phần kháng khuẩn được sinh ra từ vi khuẩn lactic
Tác động kháng lại vi sinh vật của vi khuẩn lactic chủ yếu là do acid lactic và các sản phẩm acid hữu cơ Chúng làm giảm pH của môi trường sinh sống của vi sinh vật khác (Caplice và Fitzgerald, 1999; Kuipers et al., 2000) Ở pH thấp thì các acid hữu cơ sẽ chuyển thành lipid hòa tan và khuếch tán qua màng tế bào chất (Gottschalk, 1988)
Nghiên cứu của Galindo (2004) cho thấy các loài vi khuẩn thuộc giống
Lactobacillus được phân lập từ dạ dày – ruột của một số loài cá nước ngọt có khả năng ức chế mạnh một số loài vi khuẩn gây bệnh phổ biến ở cá nước ngọt như: A hydrophila, E tarda 524362, Yersinia ruckerii và Staphylococcus aureus 169E
Vi khuẩn lactic cũng sinh ra acetadehyde, H2O2, diacetyl, CO2, đường đa và bacteriocins (Caplice và Fitzgerald; de Vuyst và Degee, 1999; Rodríguez et al.,
+ Thành phần kháng khuẩn sinh ra từ bacteriocin
Theo De Vuyst (1994) đã nghiên cứu bacteriocin là những protein hoặc phức hợp protein có hoạt tính kháng khuẩn Khác với hầu hết các kháng sinh dùng trong y học, nó là các phân tử protein dễ bị phân hủy bởi enzyme protease trong hệ tiêu hóa người Chúng hoạt động chỉ cần một lượng nhỏ và không gây độc
Có nhiều loại bacteriocin được tạo ra bởi vi khuẩn acid lactic Parada et al
(2007) đã tổng hợp nhiều kết quả phân loại bacteriocin bởi nhiều tác giả khác nhau và cuối cùng đưa ra hệ thống phân loại bacteriocin thành ba nhóm chính: Lantibiotics, Non – Lantibiotics và những peptide lớn, có khối lượng phân tử lớn (>
Lactobacillus plantarum là loài vi sinh vật hữu ích, hiện diện trong nước bọt và đường tiêu hóa của người (Lonnermark et al., 2009), vi khuẩn này được sử dụng phổ biến trong việc lên men thực phẩm Lactobacillus plantarum NCDO 1193 sinh ra từ một số dạng bacteriocin có tên là Plataricin B hoạt động ức chế đáng kể các loài vi khuẩn Gram âm và Gram dương (Charlotte West và Philip Warner, 1998)
Lactobacillus sakei 2a sản sinh ra một loại bacteriocin có tên là P sakacin ức chế đáng kể sự tăng trưởng của các vi sinh vật gây hỏng thịt, cá, do đó chúng còn ứng dụng rộng rãi trong việc bảo quản các sản phẩm thịt lên men và một số sản phẩm cá (Milton, 2005)
Nghiên cứu của Reid (1999) và Vázquez et al (2005) cho thấy Lactobacilli mang lại nhiều lợi ích cho vật chủ bởi chúng có khả năng: bám vào tế bào; ngăn chặn hoặc giảm sự bám vào tế bào của các tác nhân gây bệnh; cạnh tranh dinh dưỡng với vi khuẩn gây bệnh; kích thích miễn nhiễm cho vật chủ, tồn tại và tăng mật số trong vật chủ, tạo ra acid, H2O2 và bacteriocin để kháng lại sự tăng trưởng của các tác nhân gây bệnh, và cân bằng vi sinh đường ruột
Schillinger và Lucke (1989) đã nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của