1

ĐH NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Bài Báo Cáo: Vi Sinh Thực Phẩm

Bacteriocin Và Ứng Dụng

GVHD: TS. Vũ Thị Lâm An

Nhóm báo cáo:

Nguyễn Hoàng Y: 10156091

Đỗ Nguyên Nhất: 10156051

Nguyễn Thế Bình: 10156004

Nguyến Thị Phương Trang: 10156081

2

Mục lục

I)Bacteriocin

1,Định nghĩa

2,Cấu trúc

3,Đặc điểm, tính chất

4,Cơ chế hoạt động

5,Ứng dụng

II)Nisin

1,Cấu trúc

2,Tính kháng khuẩn của nisin

3,Cơ chế hoạt động

4,Nisin trong chế biến và bảo quản thực phẩm

a) Là chất bảo quản an tàn với người sử dụng

b) Ứng dụng của nisin trong công nghiệp thực phẩm

c) Hàm lượng sử dụng và hạn chế

d) Chế phẩm của nisin

3

I)Bacteriocin

Bacteriocin được A.Gratia tìm thấy đầu tiên năm 1925 trong quá trình

nghiên cứu tìm cách tiêu diệt vi khuẩn, kết quả của công trình này đã thúc đẩy

sự phát triển những nghiên cứu về chất kháng sinh và chất kháng khuẩn sinh ra

từ vi khuẩn. Ông gọi chất phát hiện ra đầu tiên là Colicin vì nó có khả năng tiêu

diệt E.Coli .

1, Định nghĩa

Bacteriocin là chất kháng khuẩn có bản chất là các peptide được tổng hợp

ở riboxom cả vi khuẩn Gram âm và vi khuẩn Gram dương để ức chế các vi

khuẩn cạnh tranh khác.

Bacteriocin có hoạt tính kháng các vi sinh vật cạnh tranh trong cùng ổ sinh

thái và thường kháng cùng loài (phổ hẹp) hoặc qua chi (phổ rộng).

2,Đặc điểm, tính chất

Bacteriocin được tổng hợp khi vi khuẩn gặp các điều kiện ức chế - tác

động của môi trường sống, cạnh tranh về nguồn dinh dưỡng, không gian sống...

Bacteriocin có bản chất là peptid kháng khuẩn sinh ra bởi vi khuẩn để

chống lại vi khuẩn khác. Như vậy, loại vi khuẩn tạo ra loại bacteriocin nào thì

có khả năng kháng lại chính bacteriocin đó( Các tế bào sản xuất thì miễn dịch

với hoạt tính bacteriocin).

Hiện nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về bacteriocin đã

được báo cáo trong các tài liệu tham khảo, song trình tự các amino acide đối với

hầu hết các bacteriocin còn chưa được xác định. Người ta mới xác định được

trình tự các aide amine của 45 loại bacteriocin.

Các bacteriocin có hoạt tính kháng khuẩn cao thậm chí ở nồng độ rất

thấp. Hiệu quả kháng khuẩn của bacteriocin với tế bào vi khuẩn mẫn cảm không

phụ thuộc vào số lượng acide amine có trong phân tử. Đặc tính diệt khuẩn cao

hơn ở pH thấp, tương đối bền ở nhiệt độ cao và không bị ảnh hưởng bởi các

dung môi hữu cơ. Các anion ở nồng độ cao có thể làm giảm hiệu quả diệt khuẩn

của một số bacteriocin tích điện dương nhờ sự loại bỏ cạnh tranh. Các enzyme

thủy phân protein tích điện âm có thể thủy phân các peptide này, từ đó dẫn đến

sự mất hoạt tính.

Do có bản chất protein (thử nghiệm với các enzyme phân giải protein

như trypsin, pepsin) nên bacteriocin không gây tác dụng phụ, không gây ra phản

ứng dị ứng trong cơ thể con người và các vấn đề về sức khỏe do bị phân cắt

nhanh chóng bởi protease, lipase.. trong đường tiêu hóa. Bacteriocin có phổ

kháng khuẩn tương đối hẹp, được tiết vào môi trường để ức chế sự sinh trưởng

4

của vi khuẩn hay bào tử, đôi khi tiêu diệt các vi khuẩn quan hệ gần gũi với

chủng sản xuất.

Vì cũng có hoạt tính kháng khuẩn nên trước đây, bacteriocin bị nhầm lẫn

như là “các chất kháng sinh”. Năm 1965, Reeves và cộng sự đã tìm ra sự khác

biệt của bacteriocin với các chất kháng sinh bởi đặc điểm đặc trưng: Bacteriocin

có bản chất là protein. Chính sự khác biệt này đã tạo nên đặc tính ưu việt của

bacteriocin trong ứng dụng bảo quản thực phẩm. Các bacteriocin có dạng hoạt

động kháng khuẩn khác với kháng sinh.

Các đặc điểm Bacteriocins Các kháng sinh

Ứng dụng Thực phẩm Y học

Tổng hợp Riboxom (sản phẩm chuyển hóa bậc

1)

Sản phẩm chuyển hóa

bậc 2

Hoạt tính Phổ hẹp Phổ rộng

Miễn dịch tế bào chủ Có Không

Sự có mặt của các tế bào

miễn dịch trong tế bào

chủ

Có mặt Vắng mặt

Dạng hoạt động Hầu hết qua sự hình thành lỗ nhưng

đôi khi cũng tác động lên sự tổng

hợp sinh học thành tế bào

Màng tế bào hay các

đích nội bào

Ảnh hưởng độc lên tế

bào nhân chuẩn

Không Có

Sự khác biệt giữa bacteriocin và kháng sinh

3, Phân loại

Cho tới nay có khoảng 200 loại bacteriocin được xác định, tuy nhiên việc

phân loại chúng vẫn chưa được xác định rõ ràng và nó đang là vấn đề tranh cãi.

Bacteriocin được phân loại với nhiều tiêu chí khác nhau như: họ vi khuẩn sản

xuất, trọng lượng phân tử của chúng và trình tự chuỗi amino acide. Bacteriocin

được chia làm ba lớp.

Lớp I: Lantibiotics là những peptide nhỏ có trọng lượng phân tử (< 5

kDa) ổn định nhiệt hoạt động theo những cấu trúc màng tế bào. Lantibiotic

bacteriocin lớp I được chia thành hai lớp phụ.

5

Lớp Ia: bao gồm một cách tương đối hình thon dài, nói

chung nó hoạt động bằng việc tạo những lỗ trong màng tế

bào chất của loài nhạy cảm. Nisin thuộc vào nhóm này.

Lớp phụ Ib: là những peptit đặc trưng hình cầu,không linh

động, tích điện âm hoặc không tích điện. chúng thể hiện

hoạt động bằng cách gây nhiễu đối với những phân tử

enzyme thiết yếu của vi khuẩn nhạy cảm. Đại diện:

Mersacidin…

Bacteriocin lớp I. (a):Nisin; (b): Mersacidin

Lớp II: Non-Lantibiotics là những peptide có trọng lượng phân tử biến

thiên, nhưng thông thường nhỏ (< 10 kDa), ổn định nhiệt, chứa những amino-

axít thông thường. Nhóm này được chia cắt vào trong ba nhóm nhỏ:

Lớp IIa: là lớp lớn nhất gồm những peptide hoạt động chống

Listeria, đại diện đặc trưng cho nhóm này là pediocin PA-1

Leucocin A và Sakacin P. Các bacteriocin nhóm này hứa hẹn có

những ứng dụng nhiều trong công nghiệp nhờ vào hoạt động

kháng Listeria mạnh của chúng. Thậm chí chúng còn được chú ý

hơn nhiều so với bacteriocin lớp I (nisin) vì chúng không có phổ

ức chế rộng vì vậy chúng không tiêu diệt các giống khởi động.

6

Leucocin A

Lớp IIb:được hình thành bởi phức hợp của hai peptide riêng

biệt, những peptide này ít hoặc không hoạt động. Bacteriocin

đặc trưng cho nhóm này là: Lactococcin G, Plantaricin EF và

Plantaricin JK.

Plantaricin

Lớp IIc: là những peptide nhỏ, bền nhiệt, gồm những

bacteriocin không đồng nhất nên phương thức hoạt động của

chúng cũng khác nhau.Trong phân lớp này chỉ tìm thấy các

bacteriocin như Divergicin A và Acidocin B.

Lớp III: lớp này bao gồm các peptide lớn có trọng lượng phân tử lớn >

30 kDa, không tan, không bền nhiệt. Nhóm này bao gồm các enzyme ngoại bào

kháng lại các vi khuẩn có thể bắt chước các hoạt động sinh lí của bacteriocin.

Các bacteriocin lớp III cho đến nay chỉ được phân lập từ các thành viên giống

Lactobacillus. Đại diện: Acidofilicin A và Lactacins A,B.

7

4, Cơ chế hoạt động

Các bacteriocin thường có hiệu quả chống lại vi khuẩn Gram dương như:

Bactobaccilus, Listeria monocytogenes, salmonella tiphymurium. Các

bacteriocin của LAB có thể không hiệu quả kiềm chế khi ức chế hoạt động của

vi khuẩn Gram âm vì màng ngoài của chúng gây cản trở cho hoạt động của

bacteriocin. Những màng này ngăn cản như chất kháng sinh, chất tẩy rửa và

thuốc nhuộm xâm nhập tế bào chất. Tuy nhiên có một vài nghiên cứu đã công

bố hoạt động của bacteriocin chống lại các vi khuẩn nhóm này.

VD: Plantaricin 35d sản xuất bởi Lactobacillus plantarium chống lại Aeromas

hydrophita sản xuất bởi Streptococcus thermophilus hoạt động chống lại E.Coli

và Yersinia entercolittica .

Các cơ chế hoạt động của enzyme: ức chế sự nảy mầm của bào tử và

ngừng hoạt động của các chất mang anion thông qua sự hình thành các lỗ .

Các bacteriocin có thể có tính diệt khuẩn hoặc định khuẩn, tác động này

chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi một số yếu tố như: lượng bacteriocin và độ tinh

khiết của nó, tình trạng sinh lí của các tế bào chỉ thị và các điều kiện thí nghiệm.

Có khả năng lớp I và lớp II sử dụng cùng các cơ chế hoạt động giống

nhau. Các peptide liên kết màng huyết tương thông qua các tương tác tĩnh điện

với các phospholipide tích điện âm. Vì vậy, việc xâm nhập của bacteriocin

ngang qua màng tế bào phụ thuộc vào điện thế màng được điều khiển bởi pH và

phospholipide. Các đơn phân tử của bacteriocin hình thành các khối protic dẫn

đến việc hình thành lỗ. Kết quả là dẫn đến sự thất thoát của các ion chủ yếu là

(K và Mg).Tổn thất lượng proton trong tế bào chất, thất thoát ATP và acide

amine. Lượng proton trong tế bào chất có vai trò cơ bản trong sự tổng hợp ATP

và trong sự dy chuyển của vi khuẩn.

Phương thức hoạt động của các bacteriocin nhóm III không được biết đến.

Do đó, đòi hỏi phải nghiên cứu nhiêu hơn để làm sáng tỏ .

5.Kiểu hoạt động

Trong giả thiết rộng của kiểu hoạt động của bacteriocins, nó được giả

thiết rằng sự tương tác của bacteriocins với tế bào nhạy cảm bao gồm 2 giai

đoạn. Giai đoạn thứ nhất tương ứng với sự hút bám vật lý của phân tử

bacteriocin để tiếp cận thụ quan bên ngoài tế bào và nó có thể là một pha thuận

nghịch. Sự tổn thương sinh lý học không thường xuyên được tạo ra và loại bỏ

của bacteriocin trong giai đoạn này. Trong một thời gian vừa phải sau đó , giai

đoạn 2 phát triển mà thay đổi bệnh lý không thuận nghịch bị ảnh hưởng qua tổn

thương sinh hóa đặc trưng.. Nghiên cứu về colicins thấy rằng nó hút thụ quan

đặc trưng trên vỏ bên ngoài của sinh vật.

Giaiđoạn1 : Sự hút bám vật lý để tiếp cận với thụ quan của tế bào

8

- Quá trình thuận nghịch

- Không thường xuyên gây nguy hiểm sinh lý tế bào

Giai đoạn 2 : Xuất hiện những thay đổi không thuận nghịch

- Dẫn đến tế bào chết

Các giai đoạn hoạt động của bacteriocin

6. Ứng dụng của bacteriocin

Đối với vi sinh vật, bacteriocin là phương thức để cạnh tranh dinh dưỡng

và không gian sống giữa các loài, giúp cân bằng sinh thái vi sinh vật. Đối với

con người, bacteriocin có vai trò quan trọng. Những ứng dụng tiềm năng của

bacteriocin gồm:

a.Bảo quản sinh học thực phẩm

Trước đây bảo quản thực phẩm dựa trên việc sử dụng các chất phụ gia tổng

hợp hóa học. Điều này khiến người tiêu dùng lo ngại do những ảnh hưởng có

hại đến sức khỏe. Bảo quản sinh học thực phẩm với việc sử dụng các vi sinh vật

đối kháng (giống bảo vệ) hay các sản phẩm trao đổi của chúng (chất bảo quản

9

sinh học) để ức chế hay tiêu diệt các vi sinh vật không mong muốn là giải pháp

có nhiều tiềm năng. Ưu điểm của bacteriocin trong bảo quản sinh học thực

phẩm là tăng thời hạn sử dụng, hạn chế sự truyền mầm bệnh trong chuỗi thức

ăn, giảm thiệt hại kinh tế do hư hỏng thực phẩm, hạn chế sử dụng chất bảo quản

hóa học cũng như những xử lư nhiệt khắt khe. Bacteriocin giúp bảo quản giá trị

dinh dưỡng và vitamin, cung cấp những thực phẩm mới (ít acide, hàm lượng

muối thấp và hàm lượng nước cao) thỏa mãn nhu cầu công nghiệp và người tiêu

dùng . Một xu hướng trong công nghiệp thực phẩm ở Châu Âu là hạn chế sử

dụng chất phụ gia và thành phần nhân tạo, hạn chế sự chế biến nhưng phải đảm

bảo an toàn, giữ nguyên chất lượng. Những yêu cầu này có thể được đáp ứng

nhờ sử dụng bacteriocin.

Bacteriocin có các đặc điểm lí tưởng trong bảo quản sinh học thực phẩm.

Nhiều bacteriocin bền trong điều kiện nhiệt độ chế biến cao và hoạt động trong

phạm vi pH rộng. Các bacteriocin được xem là hợp chất an toàn do bị phân giải

như những protein khác trong thức ăn. Bacteriocin không mùi, không màu,

không vị, ảnh hưởng không đáng kể lên khu hệ vi sinh vật đường ruột, có phổ

kháng khuẩn tương đối rộng lên nhiều mầm bệnh và vi khuẩn gây hỏng thực

phẩm . Một số bacteriocin cho thấy hiệu quả bổ trợ khi sử dụng phối hợp với

các yếu tố kháng khuẩn khác như hợp chất phenolic tự nhiên cũng như những

protein kháng khuẩn khác. Sự kết hợp các bacteriocin khác nhau có thể giúp

ngăn ngừa sự phát triển của những chủng kháng. Ngoài ra, sự kết hợp

bacteriocin với xử lý vật lí như: áp suất cao hay xung điện trường giúp bảo quản

thực phẩm hiệu quả hơn, nhất là đối với những dạng có khả năng sống sót cao

như vi khuẩn sinh bào tử. Tính hiệu quả của bacteriocin thường bị ảnh hưởng

bởi các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ, thành phần thực phẩm và cấu trúc,

cũng như vi khuẩn thực phẩm. Thực phẩm phải được xem như là hệ sinh thái

mà các tương tác vi khuẩn có thể ảnh hưởng lớn đến cân bằng vi sinh vật và sự

phát triển những vi khuẩn có lợi hay gây hại. Do đó, cần xác định hiệu quả của

bacteriocin cho mỗi hệ thống thực phẩm.

Các bacteriocin được sử dụng trong bảo quản sinh học thực phẩm dưới ba

dạng chính.

- Ủ thực phẩm với giống bảo vệ (thường là vi khuẩn lactic - LAB:

Lactic acide bacteria) để tạo bacteriocin in situ. Trong trường hợp này, khả năng

LAB sinh trưởng và tạo bacteriocin trong sản phẩm là quyết định.

- Bổ sung bacteriocin tinh chế hay bán tinh chế như là các chất bảo

quản thực phẩm.

- Sử dụng bán thành phẩm lên men trước đó với một chủng sinh

bacteriocin như là một thành phần trong quá trình chế biến thực phẩm.

- Một lựa chọn mới hiện nay trên cơ sở dạng thứ hai là dùng màng

polyethylen hoạt tính bacteriocin cho đóng gói thực phẩm.

b. Các sản phẩm chăm sóc sức khỏe

10

Do nisin có khả năng ức chế phổ rộng các vi khuẩn gram dương nên được

sử dụng trong ngăn ngừa chứng viêm vú ở gia súc. Hiện nay, mutacin từ cầu

khuẩn thuộc các chủng của Streptococcus mutans biến đổi di truyền được sử

dụng trong sản phẩm chăm sóc sức khỏe răng miệng như kem đánh răng, nước

súc miệng để ức chế sâu răng và cao răng. Bacteriocin có trong xà phòng, mỹ

phẩm giúp loại trừ mụn trứng cá.

Các bacteriocin gần đây cũng được ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Do vi

sinh vật đang tăng dần tính kháng kháng sinh nên các liệu pháp trong điều trị

chống lại bệnh nhiễm trùng sẽ trở nên vô hiệu. Bacteriocin có thể là một giải

pháp cho t nh trạng này, giúp điều trị nhiễm trùng da cục bộ hay nhiễm trùng

kháng đa thuốc. Chúng có thể ức chế sự sinh trưởng của vi khuẩn với ưu điểm:

Sản phẩm tự nhiên, từ “vi khuẩn tốt” và không có rủi ro nhiễm bệnh hay các

vấn đề khác. Các chủng probiotic và các chủng tạo bacteriocin có khả năng bảo

vệ đường tiêu hóa chống lại vi khuẩn gây bệnh.

c.Các giống khởi động

Giống khởi động (Starter cultures) là các sản phẩm công nghiệp mà bản

thân tế bào vi sinh vật được sử dụng làm nguyên liệu cấy. Thông thường giống

khởi động là hỗn hợp các loài vi sinh vật có vai trò tạo màu, tạo mùi thơm đặc

trưng, làm giảm độ pH, ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn có hại trong thực

phẩm. Khi sử dụng như là một giống khởi động, chủng sinh bacteriocin phải

thực hiện lên men tối ưu, ngoài ra phải tạo lượng bacteriocin đủ khả năng bảo

vệ. Ở một số trường hợp, sự tạo bacteriocin có thể giúp tăng tính cạnh tranh và

ổn định giống nhưng không được can thiệp đến chức năng của giống khởi động

ban đầu. Do đó, giống khởi động phải kháng với bacteriocin. Chúng được tạo ra

qua quá trình chọn lọc các thể đột biến kháng tự nhiên, bằng nuôi cấy phụ lặp

lại với việc tăng nồng độ bacteriocin để chọn lọc các giống thích nghi hay bằng

11

biến đổi gen. Ví dụ, sự nuôi cấy một chủng Enterococcus sinh enterocin AS-48

như là giống đồng nuôi cấy kết hợp với một giống khởi động thương mại trong

sản xuất phomat không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của giống khởi động hay

đặc tính hóa sinh của phomat tạo ra. Đồng thời bacteriocin được tạo ra trong

phomat đủ đảm bảo ức chế Bacillus cereus.

Kỹ thuật ADN tái tổ hợp đã tạo ra các giống khởi động tái tổ hợp chứa gen

miễn dịch và gen tạo bacteriocin. Các gen này nằm trên một đoạn ADN cụ thể,

được cài vào vector nhân dạng và chuyển vào các giống khởi động. Chúng có

thể được đưa vào giống khởi động trong sữa và trong sản xuất các thực phẩm

lên men khác để ức chế sự sinh trưởng của mầm bệnh in situ và tăng thời hạn sử

dụng; vào nấm men để ức chế các vi khuẩn gây kháng lactic....

d.Các probiotic

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về probiotic tăng lên nhanh

chóng. Nhiều sản phẩm probiotic đã xuất hiện trên thị trường dưới dạng các loại

sản phẩm đa dạng như viên bọc, bột, sữa chua làm giàu và nhiều loại thực phẩm

khác. Thuật ngữ probiotic bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là sự sống. Theo

đó, probiotic là: “Những vi sinh vật sống mà khi đưa vào cơ thể một lượng đủ

lớn sẽ tác động có lợi cho sức khỏe của vật chủ”. Vi sinh vật sử dụng cho các

sản phẩm probiotic là nấm men, vi khuẩn (đặc biệt là nhóm LAB). Ví

dụ, Lactobacillus acidophilus là LAB lên men đồng hình được tìm thấy trong

đường tiêu hoá của người và động vật. Chúng được bổ sung vào các sản phẩm

sữa lên men thương mại như sữa chua acidophilus. Những vi khuẩn này có ảnh

hưởng tích cực lên sức khoẻ con người nhờ khả năng sinh bacteriocin - giúp ức

chế hay tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh. Các bacteriocin

từ L. acidophilus và L. gasseri có tác dụng kích thích hoạt động của hệ thống

miễn dịch, bất hoạt các hợp chất gây đột biến và ung thư tiềm năng, giảm

cholesterol trong máu. Probiotic từ LAB hiệu quả trong ngăn ngừa sự rối loạn

đường ruột và điều trị tiêu chảy do các nguyên nhân khác nhau. Bacteriocin

giúp vi sinh vật có lợi cạnh tranh với vi sinh vật bản xứ cũng như hệ vi khuẩn

đường ruột gây bệnh.

e. Các dấu chuẩn tạo vector tác dụng trong thực phẩm

Các gen kháng kháng sinh (kanamycin, erythromycin, tetracyclin,…) được

sử dụng phổ biến nhất là dấu chuẩn chọn lọc trong vector tác dụng. Với mục

đích khoa học, các gen kháng kháng sinh dùng là dấu chuẩn hữu hiệu cho chọn

lọc những thể biến nạp. Tuy nhiên, các dấu chuẩn này không được chấp nhận

trong thao tác với giống khởi động bởi lo ngại chúng có thể truyền tính kháng

kháng sinh vào hệ vi khuẩn đường ruột. Do đó, các gen kháng bacteriocin có thể

được sử dụng như là dấu chuẩn chọn lọc thay thế, tạo vector tác dụng an toàn

trong thực phẩm. Tương tự như dấu chuẩn chọn lọc kháng sinh, chúng có thể

12

được truyền và chọn lọc trong tế bào nhạy cảm với các yếu tố chọn lọc

(bacteriocin) hay thiếu khả năng chuyển hóa yếu tố sử dụng chọn lọc (khả năng

sử dụng hydrat cacbon). Ví dụ, gen miễn dịch lafI kháng lactacin F dùng cho

các chủng Lactobacillus - nhạy cảm với lactacin F. Gen miễn dịch ltnI kháng

lacticin 3147 từ L. lactis, gen kháng nisin...

f. Các bacteriocin thương mại

Những năm gần đây, mối quan tâm về tính an toàn và chất lượng của thực

phẩm đã thôi thúc các nhà khoa học khám phá và phát triển phương pháp mới

trong bảo quản thực phẩm, đặc biệt là các bacteriocin. Tuy nhiên đến nay, tác

dụng của các bacteriocin trong thực phẩm chủ yếu là trên thí nghiệm. Có thể do

yêu cầu khắt khe đối với một sản phẩm bảo quản sinh học an toàn

cũng như những quan điểm trái ngược về những giống khởi động cải biến di

truyền trong thực phẩm. Tuy nhiên, khi người tiêu dùng cần những sản phẩm

được bảo quản, thiết bị chế biến, việc sử dụng bacteriocin có thể trở nên phổ

biến hơn, như là một phương tiện giúp bảo quản thực phẩm “tự nhiên”. Dưới

đây là một số tiêu chuẩn đặt ra cho sản phẩm bacteiocin ứng dụng trong công

nghệ thực phẩm:

Về tiêu chuẩn an toàn: Chủng sản xuất phải có dạng GRAS

(Generally regarded as safe - được đánh giá là những vi sinh

vật an toàn), phải được thử nghiệm tính độc, không có rủi ro về

sức khỏe qua quá trình xác định các mặt như ảnh hưởng tích

lũy, điều phối và tiềm tàng.

Tính hiệu quả: Bacteriocin phải ức chế sự sinh trưởng lên phổ

rộng các mầm bệnh và vi khuẩn gây kháng như L.

monocytogenes và C. botulinum có hoạt tính chống lại một

mầm bệnh đặc hiệu. Bacteriocin phải bền nhiệt và có hoạt tính

cao khi kết hợp trong thực phẩm. Tất nhiên, bacteriocin cũng

không được ức chế sinh trưởng của các giống khởi động khác.

Hiện nay, chỉ có hai bacteriocin được thương mại là nisin từ Lactococcus

lactis và pediocin PA-1/AcH từ Pediococcus acidilactici, chúng đều được sử

dụng trong công nghiệp thực phẩm. Nisin và pediocin PA-1/AcH có tên thương

mại tương ứng là Nisaplin, ALTA.

II. Nisin.

Một số giai đoạn lịch sử của Nisin:

Nisin do Rogers phát hiện lần đầu tiên vào năm 1928 .

Năm 1959 mới được sử dụng như một chất bảo quản thực phẩm

ở Anh.

13

Năm 1969 FAO,WHO đã công nhận nisin là một phụ gia thực

phẩm an toàn và được phép sử dụng cho người ở 50 quốc gia

trên thế giới bao gồm các nước trong liên minh Châu Âu và một

số nước ở Châu Á, Châu Phi.

Ở Mỹ, nisin cũng đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA)

công nhận là an toàn, được coi là chất bảo quản có nguồn gốc sinh học và dùng

như một phụ gia thực phẩm từ năm 1988 cho đến nay.

1.Cấu trúc

Nisin là đại diện điển hình lớp Ia của các bacteriocin, là một peptide có khả

năng kiềm hãm nhiều loại vi khuẩn Gram dương, chúng dễ bị phân hủy bởi các

enzyme đường tiêu hóa và không độc với người.

Nisin có hoạt tính kháng vi sinh vật, là một tác nhân kháng khuẩn tự nhiên

và không thể tổng hợp nhân tạo.

Nisin là một peptit kháng khuẩn đa vòng, được cấu tạo từ 34 gốc acide

amine do các chủng vi khuẩn lactic trong quá trình lên men lactic sinh ra.

(Lactococcus lactic, Steptococcus)

Trong thành phần của nisin có chứa các axit amin như :Leucin, Valin,

Alanin, Methionin, Glycin, Prolin, Histidin, Lyzin, acide Glutamic, acide

Aspartic, Serin, Lanthionine (Lan), Methyllanthionin (MeLan),

Didehydroalanine (DHA) và Acide didehydroaminobutyric (Dhb).

Cấu trúc của nisin

2.Tính kháng khuẩn của Nisin :

Nisincó hiệu quả trong việc kiểm soát một loạt các vi khuẩn gram dương

và các bào tử của chúng bao gồm: Listeria, Enterococcus, và Clostridium.

14

Khi sử dụng riêng lẻ, nisin không có hiệu quả trên vi khuẩn gram âm (như

E.coli), nấm men và nấm mốc.Trong trường hợp bình thường, các vi khuẩn

gram âm có khả năng kháng nisin chủ yếu là do màng không thấm nước bên

ngoài của chúng. Tuy nhiên, nisin có thể được hiệu quả chống lại các vi khuẩn

gram âm nếu được sử dụng kết hợp với các tác nhân gây mất ổn định màng tế

bào bên ngoài như khi xử lý ở các điều kiện làm lạnh, nhiệt độ cao, trong môi

trường pH thấp (pH 2-6), hay khi sử dụng kết hợp với chất bảo quản khác như

lysozyme (từ lòng trắng trứng), enterocin (một chất kháng khuẩn mới được

phân lập từ Enterococcus faecium)…

3.Cơ chế hoạt động:

Nisin có thể bám dính lên thành tế bào vi khuẩn mà không cần các thụ thể

(khả năng bám dính phụ thuộc vào độ PH môi trường do độ bền và độ hòa tan

của nisin biến đổi phụ thuộc vào pH của môi trường: chúng tan tốt ở pH acide,

tan kém ở pH trung tính và không tan ở pH kiềm.). Sau đó, nisin tọa các lỗ tạm

thời làm mất áp suất thẩm thấu, các ion di chuyển qua màng tế bào một cách tự

do dẫn đến sự rối loạn trong việc vận chuyển các chất dinh dưỡng qua màng tế

bào, ảnh hưởng đến sự tổng hợp ATP. Ngoài ra, nisin còn ức chế quá trình tổng

hợp peptidoglycan nên chỉ có tác động lên vi khuẩn Gram dương. Nisin có hiệu

quả trong việc kiểm soát một loạt các vi khuẩn Gram dương và các bào tử của

chúng bao gồm: Listeria, Enterococcus, và Clostridium.

4.Nisin trong chế biến và bảo quản thực phẩm.

a)Nisin là chất bảo quản an toàn với người sử dụng.

Cũng như bất kỳ chuỗi acide amine và các protein khác, nó được phân

hủy trong quá trình tiêu hóa trong ruột và không gây ra ảnh hưởng cho sức

khỏe. Thêm vào đó, các công trình nghiên cứu ứng dụng nisin cho thấy nisin có

khả năng tiêu diệt một số loại vi khuẩn bằng cách tấn công vào thành tế bào của

vi khuẩn có hại nhưng lại không gây ảnh hưởng đến nhiều loại vi khuẩn có lợi

dùng trong công nghệ lên men và trong hệ tiêu hóa của người và không độc đối

với người.

Với khả năng kháng khuẩn tốt, khi bổ sung vào thực phẩm nisin không

làm ảnh hưởng đến các chất dinh dưỡng cũng như màu, mùi vị, hay trạng thái

của thực phẩm đồng thời lại an toàn với sức khỏe con người nên nisin được sử

dụng rộng rãi như một phụ gia bảo quản.

b) Ứng dụng của nisin trong công nghiệp thực phẩm.

15

Trong công nghiệp, nisin được thu bằng cách nuôi Lactococcus lactis

trong sữa, hoặc trong dung dịch đường dextrose.

Nisin sử dụng trong sữa, thịt ,các sản phẩm từ sữa và từ thịt.

(bổ sung trực tiếp nisin hoặc phối hợp sử dụng các chủng

sinh nisin)

Sản phẩm thủy sản

Đồ uống lên men như bia, nước ép trái cây, các loại nước

sốt…

Với các sản phẩm đồ hộp, nisin được dùng để giảm khả năng

bền nhiệt của vi khuẩn và ngăn chặn quá trình thối rữa của

sản phẩm.

Nisin có hoạt tính diệt khuẩn thích hợp cho các loại thực phẩm bảo quản

ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ phòng.

c) Hàm lượng sử dụng và hạn chế

- ADI ( Acceptable Daily Intake) là 0,13 mg/kg thể trọng

- Các sản phẩm từ ngũ cốc và tinh bột dùng làm bánh, hàm lượng

nisin cao nhất được dùng là 3 mg/kg nguyên liệu

- Phô mai cho phép sử dụng nisin với hàm lượng 12 mg/kg.

d) Chế phẩm của Nisin:

Thành phần chế phẩm nisin là nisin

(2,5%), clorua natri (lớn hơn 50%) , protein

(23,8%) và độ ẩm (dưới 3%). Dạng bột trắng

hoặc xám ít hòa tan trong nước, trong môi

trường acide độ hòa tan tăng lên (khi pH =

4,2 tan được 12g/l).

Rất ổn định trong phòng nhiệt độ. Ở

pH 2.0 ở 121oC 30 phút, sản phẩm vẫn ổn

định. Ở pH cao hơn độ ổn định giảm. Nisin bị

phá hủy ở pH = 8,0 nhiệt độ 37oC từ 15 - 30

phút.

Bột này dùng bảo quản ở dạng khô qua

nhiều năm ở nhiệt độ bình thường hoạt tính

kháng sinh của nó không giảm sút bao nhiêu.

16