Bài giảng Vi sinh thực phẩm - Chương I: Mở đầu

1VI SINH THỰC PHẨM GVGD: Bùi Hồng Quân Biên soạn: Nguyễn Minh Hiền TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Lân Dũng, 2005. Vi sinh vật học đại cương Nguyễn Đức Lượng, 1996. Công Nghệ vi sinh tập 1, 2, 3. ĐH Bách Khoa Tp. HCM Tô Minh Châu và ctv, 1999. Vi sinh vật học đại cương. ĐH Nông Lâm Tp. HCM . 2CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU 1.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH HỌC 1.2 VAI TRÒ CỦA VSV 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH HỌC 1.4. ĐỊNH DANH VI SINH VẬT 1.5 VỊ TRÍ MÔN HỌC VÀ NHIỆM VỤ NGƯỜI HỌC 1.1 ĐỐI TƯỢNG & NHIỆM VỤ CỦA VI SINH HỌC ĐỐI TƯỢNG: VSV (Microbiology = micro + bios + logos) NHIỆM VỤ: Nghiên cứu hình thái, cấu tạo, hoạt động sống của VSV VSV (Microorganism): là những cơ thể sống nhỏ bé mà mắt thường có thể không nhìn thấy được. Muốn thấy được chúng phải quan sát dưới kính hiển vi 3Các nhóm VSV Virus Vi khuẩn (bacteria) Nấm mốc (mold) Nấm men (yeast) Vi tảo (algae) Virus Vi khuẩn Nấm mốc Nấm men Vi tảo Nguyên sinhđộng vật 4Theo R. H. Whitataker, thế giới sinh vật gồm 5 giới
Giới khởi sinh (Monera hay prokaryote): vi khuẩn và tảo lam
Giới nguyên sinh (Protista): tảo đơn bào, nấm đơn bào có lông roi, nguyên sinh động vật.
Giới thực vật (Plantae)
Giới Nấm (Fungi)
Giới động vật (Animalia) Vi sinh vật tập trung vào Monera, Protista và Fungi Vị trí phân loại của vi sinh vật Vị trí phân loại của VSV (theo cấu trúc tế bào) Prokaryote Nhân phân hóa chưa hoàn chỉnh Chưa có màng bao nhân, chưa hình thành tiểu hạch Trong nhóm này có: vi khuẩn, xạ khuẩn, niêm vi khuẩn, tảo lam Eukaryote Nhân phân hóa hoàn toàn, có màng nhân và tiểu hạch. Eukaryote đơn bào: nấm men, tảo đơn bào Eukaryote đa bào: nấm mốc, nấm bậc cao, thực vật, động vật. Đặc biệt: Virus chưa có cấu tạo tế bào – hình thái sống đặc biệt nằm giữa giới vật sống và chất vô sinh 5ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VSV Kích thước nhỏ bé. Sinh trưởng, sinh sản nhanh Thích nghi cao Phân bố rộng, đa dạng về chủng loại Vết tích Palaeolyngbya cách đây 950 triệu năm Vết tích Gloeodiniopsis cách đây 1,5 tỷ năm Vết tích vi khuẩn lam cách đây 3,5 tỷ năm 61.2.1 VAI TRÒ TÍCH CỰC Trong nông nghiệp Trong bảo vệ môi trường Trong công nghiệp Trong Chế biến thực phẩm Trong y tế 1.2 VAI TRÒ CỦA VSV 1.2.1 VAI TRÒ TIÊU CỰC Trong nông nghiệp Trong bảo vệ môi trường Trong công nghiệp Trong Chế biến thực phẩm Trong y tế Tác động tích cực của VSV • Tham gia quá trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên: phân giải chất hữu cơ, khởi đầu chuỗi thức ăn, tham gia chu trình carbon, nitơ, oxi • Trong công nghệ hóa: tham gia sản xuất các chất hóa học khó sản xuất (cồn, acid hữu cơ, enzyme ) • Trong y học: vaccin, các chất kháng sinh, các vitamin, acid amin, hormon • Trong chế biến, bảo quản thực phẩm: sản xuất bột ngọt, sản xuất sinh khối, sản xuất rượu bia, lên men sản xuất thực phẩm, 7Vi sinh vật là nguyên nhân gây ra các căn bệnh chết người: dịch hạc, ung thư, AIDS - Là tác nhân gây bệnh cho động vật và thực vật - Làm hư hỏng lương thực thực phẩm - Tác động tiêu cực của VSV Nấm Rhizoctonia solani làm mốc trắng gốc, cây héo, lá gốc héo vàng, bó mạch thâm đen sau vài ngày cây cà chua, khoai tây bị bệnh sẽ chết. VK Ralstonia solanacearum cây héo đột ngột, lá vẫn còn xanh, có thể héo từng cành, bó mạch hóa nâu chứa dịch nhờn màu trắng đục. 8 9Bệnh do Staphylococcus areus Vaccin phòng cúm A H5N1 của Cty Sản xuất vaccin và Sinh phẩm số 1 thuộc Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương được thử nghiệm trên người với sự cho phép của Bộ Y tế vào cuối tháng 3/ 2008 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH HỌC THỜI TIỀN SỬ: Người tiền sử biết sản xuất bia, bánh mỳ từ ngũ cốc NỀN VĂN MINH NÔNG NGHIỆP: (4000 năm B.C) phát hiện những hình ảnh khảo cổ thể hiện việc uống rượu của Người Xume. NỀN VĂN MINH CỦA NGƯỜI HY LẠP thờ thần Rượu Bacchus và NGƯỜI LA MÃ thờ thần Rượu Dionysus. 10 Trước khi có KHV Sau khi có KHV Vi sinh học thực nghiệm Vi sinh học hiện đại Khái quát lịch sử phát triển VSV học Trước khi có KHV •Con người chưa ý thức được sự hiện diện của VSV •Biết ứng dụng VSV vào chế biến và bảo quản thực phẩm: ủ rượu, làm bánh mì, làm mắm, tương, chao •Chịu đựng những trận đại dịch (đậu mùa, dịch hạch ) do VSV gây ra Sau khi có KHV 1675, chiếc KHV đầu tiên do Leewenhoek phát minh Vi sinh vật học giai đoạn này tập trung vào mô tả hình thái của VSV Khái quát lịch sử phát triển VSV học (tt) Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) 11 Robert Hook, nhà khoa học Anh, “cha đẻ của KHV quang học” đã sử dụng nguồn sáng khi soi KHV. 1665, ông xuất bản cuốn “Hình ảnh hiển vi” giới thiệu rất nhiều đối tượng mà mắt thường không thấy rõ được. Robert Hook (1635-1703) KHV quang học Lịch sử VSV học - Sau khi có KHV (tt) 1812, huân tước David Brewster ngâm vật kính và mẫu vật trong một chất lỏng (chủ yếu là glycerine) có độ khúc xạ gần với thủy tinh, có thể triệt tiêu sự sai lệch và tán sắc khi ánh sáng đi qua các môi chất có độ khúc xạ khác nhau. Ông là người đầu tiên sử dụng kính lọc màu để thu được ánh sáng đơn sắc. David Brewster (1781-1868) Lịch sử VSV học - Sau khi có KHV (tt) 12 Ernst Abbe (1840-1905) và Carl Zeiss (1816-1888) (2 nhà khoa học Mỹ) đã thử 300 chất để tìm ra dầu ngâm kính tốt nhất (dầu Tuyết tùng (huile de cèdre) hiện đang được dùng khi sử dụng vật kính x100 . 1886, Abbe phát minh ra bộ tụ quang Ernst Abbe Frederik Zernike (1888-1966) phát minh KHV tương phản pha, có thể quan sát vật thể sống trong suốt không màu mà không cần cố định, nhuộm màu như xoắn thể gây bệnh giang mai. 1953, Ông nhận giải Nobel do những đóng góp xuất sắc trong lĩnh vực sinh học. Lịch sử VSV học - Sau khi có KHV (tt) XIX Century Improvements of the microcopes 13 KHV huỳnh quang giúp thấy một số chất hoá học trong tế bào chưa bị tổn thương. Nguồn sáng của KHV huỳnh quang là đèn thuỷ ngân tạo ra một chùm nhiễu tia xanh và tia UV. Các gương lọc ánh sáng và gương tán sắc đặc biệt sẽ phản chiếu lên bản quan sát những tia bước sóng ngắn. Các tia UV tác động gây ra hiện tượng huỳnh quang và làm cho bản quan sát phát ra những tia sáng huỳnh quang có bước sóng dài hơn. Độ dài bước sóng bức xạ huỳnh quang luôn dài hơn độ dài bước sóng bức xạ gây ra nó. Các vật thể có khả năng huỳnh quang bắt đầu phát sáng rõ ràng và mỗi chất có một bức xạ huỳnh quang đặc trưng. VD: chất diệp lục có bức xạ huỳnh quang màu đỏ tươi Lịch sử VSV học - Sau khi có KHV (tt) 1938, KHV điện tử ra đời tại Mỹ. Nguyên lý: dùng 1 chùm điện tử thay thế cho ánh sáng. Do dòng điện tử không đi qua được thấu kính nên phải dùng những điện từ trường để hội tụ chùm điện tử, tất cả thiết bị phải đặt trong ống chân không. KHV quang học hiện đại nhất có độ phóng đại 2.500 lần. KHV điện tử có thể phóng đại 40.000 lần, thậm chí có thể phân biệt được 2-3 Å, nhưng chỉ có thể phân biệt rõ nét những hạt từ 20 Å trở lên. Lịch sử VSV học - Sau khi có KHV (tt) 14 • Mô tả hình thái VSV, khám phá các đặc tính sinh lý, sinh hóa của vsv, xác định vai trò của vsv. • Hoàn thiện các qui trình lên men cổ truyền, ứng dụng vào sx công nghiệp • Các nhà khoa học: L. Pasteur, R. Koch Bình cổ ngỗng Lịch sử VSV học - Vi sinh học thực nghiệm Louis Pasteur (27.12.1822 - 28.9.1895) Nhà bác học thiên tài 9.1879, ông tìm ra nguyên lý của việc tiêm phòng bệnh dịch tả ở gà và việc làm giảm độc lực của các VSV, nền tảng của việc tiêm phòng bằng vaccin sau này, ông đã làm giảm độc lực VK nhiệt thán và chế ra được vaccin phòng bệnh có hiệu quả cho đàn gia súc. Ông lấy tuỷ sống con thỏ bị bệnh dại và làm cho VK này yếu đi. Sau đó, tiêm vào em bé bị chó dại cắn tên là Yoseph Meister (9tuổi) vào ngày 06/7/1885. Kết quả thành công ngoài sức tưởng tượng của ông: người bệnh khỏi hẳn. Louis Pasteur, nhà bác học người Pháp sống thế kỷ 19, cha đẻ của lý thuyết lên men (1857), vi khuẩn và vắcxin trừ bệnh chó dại (1886), nghành sát trùng. 1880, ông phát hiện tụ cầu khuẩn gây mụn nhọt và viêm tuỷ xương, nhiễm trùng hậu sản là do một VK có tên là liên cầu khuẩn. 15 First Fermentation concept, or Pasteur concept in 1857, “Fermentation is the transformation process of the sugar to alcohol in presence of "la vie sans l'air" (means life without air). Conclusions of Pasteur from its study of wines: The alcoholic fermentation of grape juice occur only in presence of yeasts. The wine acidification occur in presence of bacteria. When the grape juice is heated the fermentation do not take place. When the wine (the sugar) is heated the acidification do not occur. Lịch sử VSV học - Vi sinh học thực nghiệm (tt) Nhà khoa học Đức Robert Koch (1843-1910) 1881, đưa ra pp phân lập VSV 1884, tìm ra trực khuẩn bệnh lao Lịch sử VSV học - Vi sinh học thực nghiệm (tt) 16 Mô hình chuỗi xoắn kép DNA của waston – crick 1953 Alexander Fleming (6.8.1881 – 11.3.1955) Nhà sinh học, bác sĩ, dược sĩ người Scotland (phía Bắc nước Anh) Người mở ra kỷ nguyên sửdụng kháng sinh trong y học. 1945, Fleming, Ernst Boris Chain, Howard Walter Florey được trao Giải thưởng Nobel y học do tìm và phân tách được Penicilin – loại kháng sinh đầu tiên trong việc điều trị những bệnh nhiễm trùng. Năm 1922, tình cờ Fleming phát hiện một đĩa petri nuôi cấy vi khhuẩn, khuẩn lạc không mọc được ở chỗ có dịch từ mũi ông rơi vào. Và sau đó không lâu, ông công bố về lysozyme, có vai trò kháng khuẩn. Nhờ phát minh này, Fleming trở nên nổi tiếng, được giới y học Anh biết đến. 9.1928, phụ tá của Fleming phát hiện thấy trong đĩa petri cấy VK xuất hiện một loại nấm màu xanh nhạt. Anh đổ đĩa petri ấy vào một đĩa khác, lúc ấy trên đĩa petri cũ còn lưu lại những đường vân xanh của loại nấm ấy. Fleming nghĩ rằng đó là dấu vết của những VK đã chết, ông lấy một giọt dịch của đĩa petri bỏ đi đem quan sát dưới KHV và phát hiện rằng không hề có dấu vết của liên cầu khuẩn trong đó. 17 • Giai đoạn phát triển rực rỡ của công nghệ lên men • Các sản phẩm lên men ứng dụng rộng rãi: trong thú y, y học, thực phẩm, môi trường • Vi sinh học hiện đại đang làm thay đổi cuộc sống của con người Lịch sử VSV học - Vi sinh học hiện đại CÁC MỐC QUAN TRỌNG TRONG LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VI SINH HỌC 1667 Van Leuwenhoek lần đầu tiên quan sát tế bào bằng kính hiển vi. 1798 Jenner lần đầu tiêm chủng vaccin phòng bệnh đậu mùa cho 1 đứa trẻ. 1857 Pasteur phát hiện quá trình lên men 1864 Pasteur phát minh phương pháp thanh trùng Pasteur 1881 Robert Koch đề xuất phương pháp phân lập VK 1882 - 1884 Koch phát hiện trực khuẩn gây bệnh lao 1884 Gram đề xuất kỹ thuật nhuộm Gram 18 CÁC MỐC QUAN TRỌNG TRONG LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VI SINH HỌC (tt) 1887 Petri đề xuất dùng hộp petri 1898 Shiga phát hiện trực khuẩn lỵ 1928 Alexander Fleming khám phá ra penicillin 1942 Kính hiển vi điện tử được sử dụng để xác định và phân loại thực khuẩn thể 1953 Stanley phát hiện virut kết tinh 1953 Walson và Crick khám phá ra cấu trúc của DNA 1959 Stewart tìm ra nguyên nhân virut với bệnh ung thư 1989 Bisho và Varmus phát hiện gen ung thư Các giới (kingdoms) sinh vật 19 Hệ thống phân loại sinh vật (Biological Classification) 1.4. Định danh và Phân loại Các nhóm được sử dụng để phân loại vi sinh vật 20 • Bao gồm những qui tắc về đặt tên vi sinh vật • Hiện nay có 3 bộ luật danh pháp – Luật quốc tế danh pháp động vật (ICZN) – Luật quốc tế danh pháp thực vật (ICBN) – Luật quốc tế danh pháp vi sinh vật (ICNB) • Luật danh pháp không có tính chất pháp lý, việc tuân thủ dựa trên tính tự nguyện Luật danh pháp sinh vật CÁCH ĐẶT TÊN VSV Nhà phân loại Linnaes (TK 18) thiết lập hệ nhị thức danh pháp với nguyên tắc như sau: Mỗi loại VSV riêng biệt được công nhận là một loài. Mỗi loài được đặt một tên gồm 2 từ: Từ đầu tiên là tên giống (bắt đầu với chữ viết hoa), từ thứ 2 là tên loài (viết thường). Tên đặc biệt thường giải thích tên giống và cho biết một vài thông tin bổ sung về vi sinh vật. Escherichia (tên của Escherich) coli (ký sinh trong ruột) Cách viết tên VSV: gạch dưới (viết tay), in nghiêng (trong tài liệu in). Cách viết tắt: chỉ viết tắt sau khi đã viết tên đầy đủ. Sau tên giống viết tắt là một dấu chấm (E. coli) 21 Staph. aureus Ps. fluorescens E. coli C. botulinum B. cereus Lb. acidophilus Strep. salivarius subsp thermophilus P. citrinum Sacc. cerevisiae Staphylococcus aureus Pseudomonas fluorescens Escherichia coli Clostridium botulinum Bacillus cereus Lactobacillus acidophilus Streptococcus salivarius subsp thermophilus Penicillium citrinum Saccharomyces cerevisiae Tên viết tắtTên đầy đủ Luật danh pháp sinh vật (tt) ĐẶT TÊN CHO 1 VSV MỚI Theo nguyên tắc quốc tế Liên quan đến sự nhận diện và miêu tả hình thái tế bào, đặc tính di truyền. ĐỔI TÊN VSV Tên VSV có thể (sử dụng các kỹ thuật phân tích trình tự AND, ARN) thay đổi khi có những nghiên cứu mới cho thấy tên cũ có những giới hạn nhất định về tính chất Lactobacillus delbreukii subsp bulgaricusLactobacillus bulgaricus Streptococcus salivarius subsp thermophilusStreptococcus thermophilus Lactococcus lactis subs lactis var diacetylactis diacetyla diacetylactis lactis var Streptococcus diacetylactis Lactococcus lactis subsp cremorisStreptococcus cremoris Lactococcus lactis subsp lactisStreptococcus lactis Tên mớiTên cũ 22 • Tính duy nhất: Tên mỗi taxon là duy nhất, không trùng với các tên khác. • Tính phổ cập: Để trao đổi thông tin, các nhà khoa học buộc phải học tên khoa học của sinh vật. Tên các loài sinh vật được gọi theo tiếng Latin. • Tính ổn định: Ủy ban Danh pháp Quốc tế đóng vai trò giữ ổn định cho hệ thống danh pháp quốc tế. Tính chất của tên khoa học • Kingdom: Bacteria • Phylum: Proteobacteria • Class: Gamma Proteobacteria • Order: Enterobacteriales • Family: Enterobacteriaceae • Genus: Salmonella • Species: S. bongori, S. enterica, S. typhi Ví dụ về phân loại VSV 23 Arthrobacter, Brevibacterium, PropionibacterimVi khuẩn dạng Coryne (Coryneform bacteria) Trực khuẩn không sinh bào tử có hình dạng không đều ListeriaNhững giống chưa xác định Lactobacillus, BrochothrixLactobacilliacaeTrực khuẩn có hình dạng đều đặn, G+, không sinh bào tử Clostridium, BacillusBaciliaceaeTrực khuẩn và cầu khuẩn sinh nội bào tử SarcinaPeptococceaceae Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus, Enterococcus, Carnobacterium, Vagococcus Streptococcaceae Micrococcus, StaphylococcusMicrococcaceaeCầu khuẩn G+ Moraxella, Acinetobacter, PsychrobacterNeisseriaceaeSong cầu khuẩn và diplococcobacilli G- Flavobacterium, ChromobacteriumNhững giống chưa xác định Vibrio, AeromonasVibrionaceae Escherichia, Citrobacter, Samonella, Shigella, Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Proteus, Yersinia, Erwinia, Haffnia, Arizona, Pantoea EnterobacteriaceaeTrực khuẩn hiếu khí tùy ý, G- Alcaligenes, Acetobacter, BrucellaNhững loại chưa xác định Halobaterium, HalococcusHallobacteriaceae Pseudomonas, Altermonas, Gluconobacter, Xanthomonas, Shewanella PseudomonadaceaeTrực khuẩn và cầu khuẩn G- dạng hiếu khí Campylobacter SpirallaceaeXoắn thể và vi khuẩn cong GiốngHọNhóm Các nhóm VK (Theo hệ thống phân loại của Bergeys) Phân loại nấm: dựa vào vòng đời, cấu trúc, phương thức sinh sản. Những nhóm nấm rất quan trọng trong vi sinh môi trường Nấm sợi: Penicillium, Aspergillus, Nấm men: Rhodotorula và Candida Nấm sợi: hệ khuẩn ty sinh sản vô tính bằng cách hình thành conidia (bào tử trần). Các nấm men sinh sản nhờ nảy chồi Deuteromycetes (nấm bất toàn) tạo ra quả thể phức tạp. Mỗi đảm sinh ra 4 bào tử đảm. Basidomycetes (nấm đảm) Schizosaccharomyces. Nấm sợi Byssochlamys, Eurotium và Xeromyces Hữu tính: sinh ra các bào tử kín hình thành trong những cấu trúc chuyên biệt dạng túi được gọi là nang (mỗi nang chứa 8 bào tử túi). Ascomyces (nấm túi, nấm nang) Nấm sợi: Rhizopus, Mucor và Thamnidium. Hữu tính: sản suất ra các bào tử tiếp hợp. Vô tính:bằng bào tử kín trong túi bào tử. Zygomycetes (nấm tiếp hợp) Ví dụHình thức sinh sảnLoại nấm 24 Phân loại vi rút: dựa vào nhóm vật chủ bị nhiễm như: động vật, thực vật vi khuẩn hay nấm mốc. Phân loại các virus vào các nhóm, có liên quan đến:  Loại bệnh do virus gây ra  Loại acid nucleic có trong tế bào – cầu hay thẳng, DNA chuỗi đơn hay chuỗi kép hay RNA  Cấu trúc của protein màng  Dạng virus trần hay có vỏ CÁC CHUYÊN NGÀNH VỀ VI SINH VẬT HỌC MICROBIOLOGY PROTOZOOLOGY MYCOLOGY PHYCOLOGY BACTERIOLOGY VIROLOGY VỊ TRÍ MÔN HỌC 1.5 VỊ TRÍ MÔN HỌC-NHIỆM VỤ NGƯỜI HỌC 25 CÁC LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CHUYÊN BIỆT FOOD MICROBIOLOGYMEDICAL MICROBIOLOGY INDUSTRIAL MICROBIOLOGY/ BIOTECHNOLOGY AGRICULTURAL MICROBIOLOGY VỊ TRÍ MÔN HỌC ENVIROMENTAL MICROBIOLOGYMICROBIOLOY 1.5 VỊ TRÍ MÔN HỌC-NHIỆM VỤ NGƯỜI HỌC NHIỆM VỤ NGƯỜI HỌC