Đặt vấn đề Nông nghiệp là một trong những ngành kinh tế trọng yếu của nước ta. Bên cạnh việc sản xuất để phục vụ nhu cầu ngày càng tăng ở trong nước, Việt Nam còn là nước xuất khẩu lượng nông sản lớn mỗi năm. Cơ hội kinh doanh rộng mở ở tất cả các cấp của chuỗi giá trị nhờ trình độ sản xuất liên tục được nâng cao thông qua việc áp dụng khoa học - công nghệ tiên tiến. Theo báo cáo Tình hình Kinh tế - Xã hội quý I năm 2021 của Tổng cục Thống kê, khu vực Nông, Lâm và Thuỷ sản chiếm tỉ trọng (11.71%) về cơ cấu nền kinh tế.
Về hoạt động xuất nhập khẩu, nhóm hàng Nông, Lâm sản đạt 5,35 tỷ USD, tăng 7,9%. Nhóm hàng Thuỷ sản đạt 1,69 tỷ USD, tăng 3,3%. Với những thông số trên ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng Nông nghiệp sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế thị trường của Việt Nam. Song công nghệ trong và sau thu hoạch vẫn còn những điểm yếu khiến tổn thất của các mặt hàng nông sản ở mức cao.
Theo số liệu mới nhất (2020) từ Phòng Thương mại và Công nghiệp Việt Nam chi nhánh Cần Thơ (VCCI) Cần Thơ), hằng năm, thất thoát sau thu hoạch nông nghiệp ở Việt Nam lên tới 40-45%. Riêng lúa gạo ở Đồng bằng sông Cửu Long, mỗi năm tỷ lệ thất thoát ở mức 10-12%, tương đương 3000-3500 tỷ đồng bị mất đi.Tương tự đối với rau quả và trái cây mức độ tổn thất có thể lên tới 45% và các sản phẩm thuỷ, hải sản cũng đạt tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch ở ngưỡng 35%. Năm 2020, Văn phòng Ban chỉ đạo Quốc gia về chương trình hành động “Không còn nạn đói ở Việt Nam” cảnh báo về tổn thất thực phẩm ở Việt Nam cao hơn so với các nước trong khu vực Đông Nam Á, trong đó các tổn thất xảy ra trong quá trình sản xuất và thu hoạch nông sản chiếm 25%. Trong khi tổn thất sau xử lý, vận chuyển và bảo quản chiếm 6%.
1 Hiện nay tại Việt Nam, việc cung ứng thực phẩm tươi chủ yếu từ đồng ruộng đi thẳng đến các chợ truyền thống, siêu thị với phương thức bảo quản hết sức thô sơ. Những kênh này thường không có hệ thống bảo quản khiến nhiều thực phẩm tươi như rau, củ, hoa quả… rất dễ thối hỏng, bởi sự tấn công của các vi sinh vật bên ngoài môi trường: Salmonella shigella, Escherichia coli, Vibro inaba, Streptococcus…), từ đó dẫn đến thất thoát, lãng phí lớn. Với mục tiêu giảm thiểu rác thải, cải thiện thất thoát thực phẩm sau thu hoạch nên việc sử dụng các chất bảo quản thực phẩm trong quá trình sản xuất và sau khi thu hoạch là điều cần thiết (Lương Đức Phẩm, 2005). Tuy nhiên, các hoạt chất bảo quản đang được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay lại không đáp ứng được đầy đủ các tiêu chuẩn về an toàn cho con người, thường xuyên gây ra các hiện tượng ngộ độc thực phẩm, rối loạn hệ tiêu hoá,… ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng.
Năm 1986, báo cáo của Garvie et al. về kết quả nghiên cứu vi khuẩn lactic có khả năng ức chế các vi khuẩn gây bệnh nhờ hoạt chất bacteriocin đã nhận được sự quan tâm của cả giới khoa học. Hợp chất bacteriocin là các cấu trúc peptide hoặc protein kháng khuẩn được tổng hợp từ ribosome của vi khuẩn. Bacteriocin được sinh tổng hợp trong giai đoạn đầu phát triển của vi khuẩn vì thế chúng đóng vai trò tăng cường sức đề kháng, chống lại các vi sinh vật gây bệnh (Tahiri et al., 2004; Pinto et al.
Do đó, bacteriocin được các nhà khoa học xem xét là hợp chất tiềm năng nhằm thay thế cho các chất bản quản trong Công nghệ chế biến thực phẩm. Xuất phát từ hiện trạng cũng như nhận thấy nhu cầu cấp thiết, đề tài “Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn sinh bacteriocin từ thực phẩm lên men” được tiến hành nghiên cứu. Mục đích và yêu cầu 1.1 Mục đích Phân lập được một số chủng vi khuẩn từ thực phẩm lên men có khả năng sinh bacteriocin định hướng ứng dụng trong bảo quản thực phẩm. Yêu cầu - Phân lập được 10-15 chủng vi khuẩn từ thực phẩm lên men.
- Tuyển chọn được 2-3 chủng vi khuẩn có khả năng sinh bacteriocin. 3 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về vi khuẩn lactic (Lactic Acid Bacteria - LAB) Vi khuẩn lactic được phát hiện và nghiên cứu từ rất sớm. Năm 1780, nhà hoá học Scheele (Thuỵ Điển) lần đầu tách chiết được acid lactic từ sữa bò lên men chua.Sau đó, năm 1784, Blondeau đã công nhận acid lactic là sản phẩm cuối của của chuỗi phản ứng lên men.
Đến năm 1857, Louis Pasteur chứng minh rằng việc làm sữa chua là kết quả hoạt động của một nhóm vi khuẩn đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic. Năm 1873, Lister đã phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là Bacterium lactis (nay được gọi là Streptococcus lactis). Từ đó đến nay, nhiều loại vi khuẩn lactic khác nhau đã được phân lập, định danh và ngành công nghiệp lên men để sản xuất acid lactic (hình thành từ năm 1881) được phát triển, mở rộng (Hashium, 2010). Trong tự nhiên, vi khuẩn lactic có mặt ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau, ví dụ như: trong phân, rác, niêm mạc ruột và đặc biệt là trong các sản phẩm lên men chua.
Ngày nay, vi khuẩn lactic được ứng dụng phổ biến trên quy mô lớn, đặc biệt là những chủng có hoạt tính sinh học cao thuộc chi Lactobacillus, Streptococcus,. Đặc điểm hình thái của vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic là tên gọi chung của những vi khuẩn sinh lactic acid như là sản phẩm chính trong quá trình chuyển hóa carbohydrate. Do đặc tính chung này, các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaceaemặc dù chúng không đồng nhất về mặt hình thái (bao gồm vi khuẩn dạng que ngắn, que dài và vi khuẩn hình cầu). Tuy nhiên về mặt sinh lý chúng lại tương đối thống nhất với nhau ở các đặc điểm: Đều là vi khuẩn Gram dương Không hình thành bào tử Là vi sinh vật kỵ khí tùy ý 4 Tuy nhiên, hiện nay người ta tìm thấy một số chủng trong họ vi khuẩn có khả năng sinh nội bào tử.
Chúng thiếu khả năng tổng hợp cytochrome và porphyrin (các thành phần của chuỗi hô hấp) và vì thế không thể tạo ra ATP do gradient proton. LAB chỉ có thể thu được ATP bằng cách lên men, thường là lên men đường. Vi khuẩn lactic không khử nitrate (NO3-), có phản ứng catalase âm tính, kỵ khí không bắt buộc trừ một số loài kỵ khí bắt buộc sống trong hệ tiêu hoá của con người. Bên cạnh acid lactic, các sản phẩm phụ khác bao gồm acetate, ethanol, CO2, formate và succinate cũng được tìm thấy (Hayek, 2013) Vi khuẩn lactic bao gồm các chi: Aerococcus, Alloiococcus, Cronobacter, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Tetragenococcus, Streptococcus, Vagococcus và Bifidobacterium.
Trong đó, các vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus chiếm số lượng lớn nhất, gồm khoảng 175 loài phân lập từ nhiều nguồn khác nhau đã được công bố, gần 1/3 trong số những chủng được mô tả được phân lập từ đường ruột người và động vật. Và Streptococcus, Leuconostoc, Lactococcus được ứng dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm (Noordiana, 2013) Streptococcus Tế bào có hình cầu hoặc hình oval, đường kính nhỏ hơn 2µm, xếp thành dạng đôi, dạng chuỗi ngắn hoặc dài, ưa ấm, nhiệt độ sinh trưởng thích hợp khoảng 37oC.Vi khuẩn thuộc chi này có khả năng phân giải nhiều loại đường khác nhau: glucose, maltose, lactose và đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương vị cho sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm từ sữa (Zhangand and Cai, 2014) Leuconostoc Tế bào hình oval xếp thành từng đôi, chuỗi ngắn hoặc chuỗi dài.Chúng có nhu cầu cao về mặt dinh dưỡng.Quá trình lên men dị hình của chúng tạo thành acid lactic và các sản phẩm phụ như acid acetic, ethanol, CO2. Bên cạnh đó, vi khuẩn thuộc chi Leuconostoc có khả năng tạo hương thơm cho bơ, sữa chua do tạo thành các chất như acetyl metyl carbinol hay acetonin (Zhang and Cai, 2014) 5 Bifidobacterium Là những trực khuẩn kỵ khí, lên men lactic dị hình; sản phẩm chính là acid lactic và acid acetic cùng với một lượng nhỏ acid formic, etanol, acid succinic. Không giống với các vi khuẩn lên men dị hình khác, chi Bifidobacterium không sinh CO2.
Các vi khuẩn thuộc chi này ưa ấm và có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 31oC – 41oC. Lactobacillus Tế bào không di động, có hình que dài, hoặc que ngắn, thường xếp thành hình chuỗi với kích thước dao động trong khoảng 0,5 – 1,2 x 1 – 10 µm. Hầu hết vi khuẩn thuộc chi này là dạng kỵ khí không bắt buộc, có thể sinh trưởng ở nhiệt độ từ 50oC – 53oC nhưng nhiệt độ sinh trường tối ưu từ 30oC – 40oC. Ngoài ra chúng có thể sống ở điều kiện pH < 5 (Zhang and Cai, 2014).
Lactobacillus gồm 25 loài, được chia thành 3 nhóm: lên men lactic đồng hình bắt buộc, lên men lactic dị hình bắt buộc và lên men lactic dị hình tuỳ ý. Các nhóm vi khuẩn lactic này đều tạo ra acid lactic nhưng acid do nhóm tạo ra lại khác nhau về cấu hình đồng phân. Lactobacillus được ứng dụng nhiều trong công nghiệp chế biến và bảo quản sữa, phô mai, thịt và các chế phẩm probiotic (Zhang and Cai, 2014) 2.Đặc điểm di truyền của vi khuẩn lactic Bộ gene của Lactococcus lactis subsp. Lactis IL403 được công bố vào năm 2001.
Đây là đại diện đầu tiên được giải trình tự của bộ gen LAB. Kể từ đó hơn 75 bộ gen quan trọng của LAB trong lĩnh vực công nghiệp đã được giải trình tự, trong khi hơn 80 dự án giải trình tự bộ gene đang được tiến hành (Klaenhammer, 2006). Bộ gen của LAB có hàm lượng GC thấp và phạm vi kích thước từ 1,3 đến 3,3 Mb. Từ các bộ gen hoàn chỉnh được công bố khả năng sinh tổng hợp và trao đổi chất cũng như sự khác biệt tiến hoá của LAB đạt được mô tả chi tiết hơn.
Số lượng gen mã hoá protein được dự đoán trong LAB khác nhau từ khoảng 1700 đến 2800 gene.Nhiều LAB chứa một số plasmid, một số trong đó rất cần thiết 6 cho sự tăng trưởng trong các môi trường cụ thể và có các gen sử dụng trong quá trình trao đổi chất, vận chuyển màng và sản xuất bacteriocin. Các gen được mã hoá từ plasmid trong LAB dao động từ 0% đến 4,8% tổng lượng gene (Klaenhammer, 2009) Vi khuẩn lactic lên men carbohydrate để lấy năng lượng, sử dụng các nguồn carbon nội sinh làm chất nhận điện tử cuối cùng thay oxy thông qua quá trình đường phân.