Nghiên cứu và phát triển chế phẩm vi khuẩn lactic có khả năng ức chế vi sinh vật độc hại và ứng dụng trong lên men rau quả

- CAO THỊ BÍCH NGỌC NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CHẾ PHẨM VI KHUẨN LACTIC CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ VI SINH VẬT ĐỘC HẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG LÊN MEN RAU QUẢ LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ SINH HỌC HÀ NỘI - 2009 MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .
- VI KHUẨN LACTIC .
- Phân loại vi khuẩn lactic .
- KHẢ NĂNG ỨC CHẾ VI SINH VẬT ĐỘC HẠI CỦA VI KHUẨN LACTIC..21 1.3.1.
- Cơ chế ức chế vi sinh vật độc hại của vi khuẩn lactic .
- CHẾ PHẨM VI KHUẨN LACTIC .
- ỨNG DỤNG CỦA VI KHUẨN LACTIC .
- Ứng dụng vi khuẩn lactic dùng làm chủng giống khởi động trong bảo quản và chế biến thực phẩm .
- Ứng dụng vi khuẩn lactic trong bảo quản và chế biến thức ăn chăn nuôi .
- Ứng dụng vi khuẩn lactic trong sản xuất các loại đồ uống lên men .
- Ứng dụng vi khuẩn lactic trong sản xuất chế phẩm probiotic để tăng cường sức khỏe và vật nuôi và cải thiện môi trường .
- Ứng dụng vi khuẩn lactic trong muối chua rau, củ, quả CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .
- Phân lập và giữ giống vi khuẩn lactic .
- Tạo chế phẩm vi khuẩn lactic CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .
- PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CHỦNG VI KHUẨN LACTIC THUẦN KHIẾT ĐỂ KHỞI ĐỘNG QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TRÊN RAU QUẢ .
- Phân lập chủng vi khuẩn lactic sinh bacteriocin có khả năng ức chế sự phát triển của Lactobacillus sp.
- Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng kháng khuẩn, chịu nhiệt, chịu axit, chịu NaCl .
- Định tên chủng vi khuẩn lactic CM .
- NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI KHUẨN L.PLANTARUM CM .
- Xuất phát từ những lý do nói trên, chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Nghiên cứu và phát triển chế phẩm vi khuẩn lactic có khả năng ức chế vi sinh vật độc hại và ứng dụng trong lên men rau quả" Mục tiêu của luận văn.
- Tuyển chọn các giống vi khuẩn lactic thuần khiết có khả năng ức chế vi sinh vật có hại dùng làm chủng khởi động quá trình lên men lactic trên rau quả.
- Xác định các điều kiện nuôi cấy tối ưu quá trình tạo sinh khối của chủng vi khuẩn lactic.
- VI KHUẨN LACTIC Axit lactic được con người sử dụng từ rất lâu để bảo quản và chế biến thực phẩm (như muối dưa cà, tôm chua, nem chua.
- Năm 1878 Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là Bacterium lactic (hiện nay gọi là Streptococcus lactic) [4].
- Từ đó đến nay nhiều loài vi khuẩn lactic khác nhau đã được phân lập và nghiên cứu.
- Vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacillaeace.
- Tất cả đều có đặc điểm chung là vi khuẩn Gram.
- Đặc điểm hình thái Tùy theo hình dạng tế bào mà người ta chia vi khuẩn lactic thành dạng hình cầu và hình que.
- Đặc điểm sinh lý sinh hóa Nhu cầu về dinh dưỡng của vi khuẩn lactic khác nhau là khác nhau, đặc biệt là nhu cầu vitamin và nitơ.
- Nhu cầu dinh dưỡng nitơ Hầu hết các vi khuẩn lactic đều không tự tổng hợp được các hợp chất nitơ hữu cơ phức tạp.
- Tuy nhiên nitơ lại là nguồn dinh dưỡng rất quan trọng, nó đảm bảo cho sự phát triển bình thường của các vi khuẩn lactic với vai trò.
- Nhu cầu dinh dưỡng cacbon Nguồn năng lượng quan trọng nhất cho vi khuẩn lactic là monosaccarit và disaccarit.
- Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được rất nhiều loại hydratcacbon, từ các đường đơn (glucoza, fructoza, manoza, galactoza.
- L.bulgaricus có thể sử dụng glucoza, lactoza, nhưng không sử dụng maltoza và saccaroza, một số vi khuẩn lactic có thể sử dụng được dextrin và tinh bột [14].
- Nguồn cacbon khác nhau trong quá trình nuôi cấy có ảnh hưởng lớn đến khả năng chống chịu của vi khuẩn lactic với các quá trình xử lý sau này.
- Nhu cầu về vitamin Các vi khuẩn lactic, đặc biệt là loài Lactobacillus, rất cần vitamin cho sự phát triển.
- Các vitamin nhóm B này kích thích sự phát triển của vi khuẩn lactic [31].
- Rogosa và cộng sự [41] đã chỉ ra rằng axit nicotinic và axit pantotenic rất cần thiết cho sự phát triển của tất cả các loài vi khuẩn lactic.
- Trong khi đó vi khuẩn lactic lên men dị hình rất cần thiamin, nhưng axit folic và axit paminobenzoic không ảnh hưởng đến sự phát triển của các loài Lactobacillus.
- Chính mangan ngăn cản quá trình tự phân của tế bào và nó cần thiết cho quá trình sống bình thường của vi khuẩn này.
- Chẳng hạn như Mg2+ là chất hoạt động trong quá trình lên men lactic vì chúng giúp vi khuẩn lactic sử dụng tốt hơn các loại đường.
- Phức hợp các chất khoáng còn có tác dụng làm giảm độ axit trong môi trường nuôi cấy các vi khuẩn lactic.
- Nhu cầu một số chất hữu cơ khác Ngoài axit amin và vitamin ra vi khuẩn lactic còn có nhu cầu rất lớn về các hợp chất hữu cơ khác cho sự phát triển của chúng.
- Dưới đây là một số chất hữu cơ ảnh hưởng đến sự phát triển hoặc kích thích sự phát triển của vi khuẩn lactic [14.
- Axetat được dùng làm chất đệm cho môi trường khi nuôi cấy nhiều loài vi khuẩn lactic.
- Xitrat do ảnh hưởng tốt đến tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic nên ngày nay người ta thường sử dụng xitrat làm thành phần môi trường để nuôi cấy, phân lập và bảo quản các chủng vi khuẩn lactic.
- Một số axit hữu cơ quan trọng có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của hầu hết các loài vi khuẩn lactic là axit oleic (có thể thay thế bằng axit linoleic và axit linolenic).
- Phân loại vi khuẩn lactic Các loại vi khuẩn lactic bao gồm 4 giống sau đây: Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus và Lactobacillus.
- Hiện nay các nhà khoa học thường sử dụng 3 phương pháp phân loại vi khuẩn lactic sau đây.
- Tùy từng loài vi khuẩn khác nhau mà chúng ta sử dụng những bộ Kit chuẩn khác nhau.
- Vi khuẩn lactic thuộc loại tế bào nhân sơ vì vậy riboxom của nó có hằng số lắng là 70S.
- LÊN MEN LACTIC Tùy theo cách lên men đường mà vi khuẩn lactic được chia làm hai nhóm: vi khuẩn lên men đồng hình và lên men dị hình, quá trình lên men được thể hiện ở sơ đồ 1.1.
- Vi khuẩn lactic lên men đồng hình phân giải đường theo con đường EMP (Embden-Mayerhof- Panas).
- C6H12O6 + 2ADP 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP Các vi khuẩn lactic đồng hình thường gặp: Lactobacillus cremoris, L.acidophilus, L.plantarum, L.Bulgaricus, L.casei, Streptococcus lactic, S.cremoris, S.
- Các vi khuẩn lên men lactic dị hình thường gặp là: Leuconostoc mensenteroides, L.oenos, L.cremoris, Lactobacillus brevis, L.fermentum, Bifidobacterium bifidum.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng, ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn lactic và hiệu suất lên men lactic.
- Giới hạn nhiệt độ cho vi khuẩn lactic phát triển khá rộng, từ 5 – 55oC, tốt nhất là 15 - 40oC [43].
- Các nghiên cứu cho thấy giới hạn nhiệt độ thích hợp cho sự sinh sản và lên men của vi khuẩn lactic cũng chính là giới hạn hoạt động của enzim nội bào từ 30 - 45oC.
- Ảnh hưởng của pH Hoạt động của vi khuẩn lactic, đặc biệt của hệ enzim chịu tác động mạnh của pH môi trường.
- Độ pH ban đầu thích hợp cho quá trình lên men của vi khuẩn lactic từ 5,8 - 6,3.
- Các vi khuẩn lactic có pH tối ưu cho sự phát triển là Lactobacillus).
- Giá trị pH cuối cùng mà mỗi giống vi khuẩn lactic có thể chịu được là khác nhau.
- Sau đó, lượng axit lactic tiếp tục phát triển làm cho pH của môi trường giảm, dẫn đến ức chế cả vi khuẩn lactic và kìm hãm quá trình lên men.
- Lượng axit lactic quá nhiều sẽ làm giảm tốc độ phát triển và làm giảm số lượng sản phẩm trao đổi chất của vi khuẩn lactic.
- Ảnh hưởng của oxy Vi khuẩn lactic là loài hô hấp tùy tiện.
- Chúng là nhóm vi khuẩn không có hệ enzym hô hấp xitocrom cũng như hệ enzym catalaza.
- Nói chung vi khuẩn lactic có hệ enzym peroxydaza sử dụng NDAH2 làm chất nhận điện tử và phân giải H2O2.
- 2H2O Quan hệ với oxy giữa các loại vi khuẩn khác nhau là khác nhau.
- Các vi khuẩn lactic lên men dị hình khi lên men arabinoza đạt tối ưu trong điều kiện kỵ khí, còn các loài không sử dụng được pentoza thì phát triển rất kém trong điều kiện này.
- Ảnh hưởng của các chất ức chế Sự phát triển của phần lớn vi khuẩn lactic bị ức chế bởi nồng độ NaCl.
- Người ta có thể làm tăng khả năng chịu áp suất thẩm thấu của vi khuẩn lactic bằng cách bổ sung ion K+, gluxit hoặc axit amin hay các sản phẩm tương tự.
- Nếu trong môi trường lên men việc cung cấp các chất dinh dưỡng lớn hơn nhu cầu của vi khuẩn lactic thì có thể làm ức chế hoạt động của vi khuẩn, dẫn đến ức chế quá trình lên men.
- Tuy nhiên, nồng độ đường quá cao làm cho áp suất thẩm thấu môi trường cao gây ra hiện tượng co nguyên sinh ảnh hưởng đến sự phát triển tế bào của vi khuẩn lactic do đó giảm axit lactic tạo ra.
- Quá trình tạo sinh khối Quá trình tạo sinh khối của vi khuẩn được chia thành 4 pha chính [4.
- Pha tiền phát: Là giai đoạn từ khi bắt đầu nuôi cấy đến khi tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn bắt đầu tăng mạnh.
- Trong thời gian này vi khuẩn làm quen và thích nghi môi trường.
- Thời gian của pha này phụ thuộc vào khả năng thích nghi của vi khuẩn đối với môi trường nuôi cấy mới.
- Ở giai đoạn này vi khuẩn cũng bắt đầu tổng hợp một số chất cao phân tử: protein, enzim.
- Thông qua đánh giá các pha sinh trưởng của vi khuẩn, ta có thể xây dựng đường cong sinh trưởng của vi khuẩn.
- Theo một số nghiên cứu về vi khuẩn lactic thì sinh khối được thu hồi khi vi khuẩn phát triển đạt đến cuối pha phát triển logarit và đầu pha cân bằng là tốt nhất (vì khi đó lượng sinh khối tạo ra lớn nhất, tế bào lại có khả năng chịu đựng các tác động tốt).
- Vi khuẩn lactic muốn sinh trưởng và phát triển tốt thì trong môi trường nuôi cấy phải có đầy đủ các thành phần chủ yếu như C, H, N, O và các nguyên tố vi lượng để kích thích sự phát triển của tế bào vi khuẩn.
- Mỗi nguồn dinh dưỡng cung cấp không chỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn trong quá trình nuôi cấy mà còn ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình thu và bảo quản chế phẩm sinh khối sau này.
- Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy - Nhiệt độ nuôi cấy: Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn.
- Nhiệt độ nuôi cấy quá cao hay quá thấp đều có thể gây ức chế các enzim, làm đình trệ các phản ứng trao đổi chất, do đó ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn kéo theo là hiệu suất thu hồi sinh khối cũng giảm.
- Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men của vi khuẩn lactic từ 15-40oC.
- pH: Hoạt động của vi khuẩn lactic, đặc biệt của hệ enzim chịu tác động mạnh của pH môi trường.
- Nếu pH không thích hợp vi khuẩn lactic có thể bị ức chế, phát triển kém hay bị tiêu diệt.
- Tỉ lệ tiếp giống: Tỷ lệ tiếp giống có ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển của vi khuẩn.
- KHẢ NĂNG ỨC CHẾ VI SINH VẬT ĐỘC HẠI CỦA VI KHUẨN LACTIC 1.3.1.
- Các bacterioxin của vi khuẩn lactic thuộc các giống Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus, Leuconostoc và Carnobacterium đang được nghiên cứu rộng rãi.
- Hai nhóm chính là Lactobacillus, Lactococcus đóng vai trò tăng cường chức năng trong thực phẩm lên men, có khả năng ức chế Listeria và các vi khuẩn Gram.
- Nhóm này bao gồm cả các enzim ngoại bào làm tan vi khuẩn.
- Axit hữu cơ Trong quá trình lên men vi khuẩn lactic sản sinh ra các axit hữu cơ (axit lactic, axit axetic, axit propionic.
- Sự phát triển của E.coli bị ức chế ở pH= 5,1 còn Staphylococcus thì bị ức chế ở pH< 5,3 trong khi các vi khuẩn lactic có thể chịu tới pH = 3.
- Axit lactic và axetic được tạo ra dễ ức chế các vi khuẩn gây hại do chúng tác động lên màng tế bào chất của vi khuẩn, ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ và ức chế quá trình vận chuyển chủ động của màng tế bào.
- H2O2 (Hydrogen peroxide) Trong quá trình lên men lactic dị hình khi có mặt oxi vi khuẩn lactic có thể sản sinh ra H2O2.
- Trong khi đó vi khuẩn lactic không có enzim catalaza để phân hủy H2O2 được tạo thành trong quá trình trên.
- 24 Các vi khuẩn không mong muốn như Pseudomonas sp và S.aureus nhạy cảm với H2O2 gấp 2-10 lần so với vi khuẩn lactic.
- H2O2 có khả năng ức chế một số vi khuẩn gram.
- Diacetyl: Diacetyl được tạo ra trong quá trình lên men citrat bởi vi khuẩn lactic

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt