Tìm hiểu hiện trạng thực phẩm bổ sung Probiotics và đề xuất các giải pháp quản lý

Các vi sinh vật có lợi sẽ có tác động có lợi cho sức khỏe như là tổng hợp vitamin, giảm sự hình thành các chất gây hại trong ruột, hỗ trợ tiêu hóa giúp hấp thụ tốt hơn và cải thiện sự r

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU VỀ HIỆN TRẠNG THỰC PHẨM BỔ SUNG PROBIOTICS VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : Đỗ Thị Liễu MSSV: 0811110043 Lớp: 08CSH2

Em xin cam đoan Khóa Luận Tốt Nghiệp lần này thực sự là công trình nghiên cứu của cá nhân riêng em Được thực hiện dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và một phần thực nghiệm Các số liệu, những kết quả thí nghiệm thực tế trong báo cáo Khóa Luận là trung thực

TP HCM, tháng 06 năm 2011

Ký tên

Đỗ Thị Liễu

Khoa Môi Trường Và Công Nghệ Sinh học

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Trang

CHƯƠNG 1: LỜI MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 1

1.3.1 Sơ đồ nghiêng cứu 2

1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tế 2

1.4 Đối tượng nghiên cứu 2

1.5 Phạm vi của đề tài 2

1.6 Cấu trúc của đề tài 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về probiotics 4

2.1.1 Giới thiệu về probiotics 4

2.1.2 Định nghĩa về probiotics 7

2.1.3 Đặc điểm chung 8

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật probiotics 11

2.1.4.1 Ảnh hưởng của các quá trình tiêu hóa ở dạ dày 11

2.1.4.2 Ảnh hưởng của các quá trình tiêu hóa trong môi trường ruột 12

2.1.4.3 Ảnh hưởng của prebiotics 13

2.1.4.4 Ảnh hưởng trong quy trình sản xuất tạo chế phẩm probiotics 15

2.1.5 Tiêu chuẩn lựa chọn vi sinh vật probiotics 18

2.1.5.1 Lựa chọn các chủng probiotics 18

2.1.5.2 Các chủng vi sinh vật dùng phổ biến trong probiotics 20

2.1.5.3 Vi khuẩn dùng sản xuất chế phẩm probiotics 20

2.1.5.4 Yêu cầu an tàn với các chủng vi sinh vật probiotics 21

2.1.5.5 Phân loại vi sinh vật 22

2.1.6 Cơ chế hoạt động của probiotics 22

2.1.6.1 Khả năng kết bám trên biểu bì mô ruột 23

2.1.6.2 Tổng hợp các chất có hoạt tính kháng vi sinh vật 24

2.1.6.3 Tác động miễn dịch 28

2.1.6.4 Tác động đến vi khuẩn đường ruột 29

2.1.6.5 Tác động tăng khả năng hấp thụ thức ăn 30

2.1.7 Vai trò của vi sinh vật probiotics 30

2.1.7.1 Tác động lợi ích về dinh dưỡng 31

2.1.7.2 Gia tăng khả năng tiêu hóa lactose 32

2.1.7.3 Giảmcholesterol trong máu 33

2.1.7.4 Cải thiện nhu động ruột 34

2.1.8 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 35

2.2 Tổng quan về hiện trạng thực phẩm bổ sung probiotics 36

2.2.1 Định nghĩa probiotics bằng thực phẩm chức năng 36

2.2.2 Các dạng thực phẩm chức năng 40

2.2.2.1 Nhóm thực phẩm bổ sung vitamin và khoáng chất 40

2.2.2.2 Nhóm thực phẩm chức năng dạng viên 40

2.2.2.3 Nhóm thực phẩm “không béo”,”không đường”,”giảm năng lượng” 40

2.2.2.4 Nhóm thực phẩm giải khát và tăng lực 40

2.2.2.5 Nhóm thực phẩm chứa nhiều chất xơ tiêu hóa 41

2.2.2.6 Nhóm các chất tăng cường chức năng đường ruột 41

2.2.2.7 Nhóm thực phẩm chức năng đặc biệt 42

2.2.3 Bổ sung vi khuẩn probiotics vào thực phẩm 44

2.2.4 Các loại thực phẩm probiotics trên thế giới 46

2.3 Tình hình nghiêng cứu sử dụng probiotics và triển vọng phát triển 48

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT SỬ DỤNG PHÂN PHỐI SẢN PHẨM BỔ SUNG PROBIOTICS 51

3.1 Phương pháp khảo sát hiện trạng sử dụng thực phẩm probiotics 51

3.1.1 Đối tượng khảo sát 51

3.1.2 Khu vực khảo sát 51

3.1.3 Thiết kế mẫu bảng câu hỏi 51

3.2 Kết quả và thảo luận 55

3.2.2 Đối với người mua 58

3.3 Đánh giá chung 63

3.4 Điều tra nhanh về một số sản phẩm probiotics có trên thị trường 65

3.5 Đánh giá chung 71

3.6 Hiện trạng sản xuất 73

3.7 Hiện trạng phân phối 74

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ THỰC PHẨM BỔ SUNG PROBIOTICS 77

4.1 Nhóm giải pháp quản lý sản xuất 77

4.2 Nhóm giải pháp quản lý phân phối sản phẩm 78

4.3 Nhóm quản lý vệ sinh an toàn thực phẩm 80

4.4 Nhóm giải pháp quản lý giá cá trên thị trường 82

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

5.1 Kết quả 84

5.2 Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Tóm tắt cơ chế tác độngchủ yếu của các chủng probiotics lên vật chủ

21 Bảng 2.2: Phân loại giữa thực phẩm chức năng và thuốc (nguồn Zang Lian Jin

Bảng 2.5: Tóm tắt thông tin của một vài sản phẩm probiotics 46

Bảng 2.6: Các dạng thực phẩm lên men trên thế giới 47

Bảng 3.1: Các loại sản phẩm chủ yếu có bổ sung probiotics tại các cửa hàng 55

Bảng 3.2: Danh sách các loại thực phẩm có probiotics người tiêu dùng thường

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Giới thiệu về một số vi sinh vật có hoạt tính probiotic 6

Hình 2.2: Đường đi của probiotics trong cơ thể người 14

Hình 2.3: Cơ chế kháng vi sinh vật của Bacteriocin 28

Hình 2.4: Tác động chống ung thư ruột của probiotics 29

Hình 2.5: Cơ chế tác động của probiotics trong đường ruột 30

Hình 3.1: Biểu đồ biểu diễn (%) nguồn gốc các sản phẩm probiotics 56

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn thời gian khách hàng sử dụng các thực phẩm probiotics 60

Hình 3.3: Biểu đồ biểu diễn (%) kênh thông tin khách hàng biết sản phẩm 61

Hình 3.4: Sữa bột Friso Gold Mum 65

Hình 3.5: Sữa bột Frisolac Gold 66

Hình 3.6: Sữa Enfakid A+ 66

Hình 3.7: Sữa bột Milex 3 67

Hình 3.8: Sữa bột Similac Mom 67

Hình 3.9: Sữa uống lên men Yakult 68

Hình 3.10: Sữa men sống probi Vinamilk 68

Hình 3.11: Sữa uống lên men Betagen 69

Hình 3.12: Sữa Yaourt Lothamilk 69

Hình 3.13: Sữa uống men sống casei 70

Hình 3.14: Sữa chua ăn Vinamilk 70

CHƯƠNG 1 LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Cuộc sống ngày càng phát triển và nhu cầu về cuộc sống của con người ngay càng cao Những đòi hỏi về thực phẩm mang lại lợi ích tốt đang rất được quan tâm Thực phẩm có lợi cho sức khỏe là điều tất yếu để đáp ứng nhu cầu đó

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã dùng probiotics, một loại vi sinh vật

có lợi cho đường tiêu hóa cũng như cho sức khỏe của con người Ở Việt Nam, thực phẩm probiotics hiện nay vẫn chưa được nhiều người biết đến và chỉ mới được sản xuất và tiêu dùng ở một số lượng khá ít Những loại thực phẩm probiotics trên thị trường vẫn chưa nhiều, mà nhu cầu hiện nay lại ngày một lớn Mặc khác, việc quản lý những thực phẩm này trên thị trường hình chưa được quan tâm đúng mức và còn nhiều bất cập Chưa thể biết được những thực phẩm nào là an toàn và đúng với bản chất của nó Điều này khiến người tiêu dùng hoang mang và sử dụng sản phẩm một cách không hợp lí Vì vậy mà việc tìm hiểu về thực phẩm probiotics là một điều cần thiết để thấy được những mặt lợi

mà nó mang lại, cũng như những mặt hạn chế nếu có Chính vì lí do đó mà em chọn đề tài “ Tìm Hiểu Hiện trạng Thực Phẩm Bổ Sung Vi Khuẩn Probiotics và

Đề Xuất Các Giải Pháp Quản Lý “ Qua đây các bạn và thầy cô có thể hiểu rõ hơn về những loại thực phẩm probiotics mà chúng ta đang thấy trên thị trường hiện nay

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu hiện trạng thực phẩm bổ sung vi khuẩn probiotics

- Đề xuất các giải pháp quản lý liên quan

1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Sơ đồ nghiêng cứu

1.3.2 Các phương pháp nghiêng cứu thực tế

Thực hiện phát phiếu câu hỏi điều tra ở các siêu thị và cửa hàng tạp hóa khu vực quận Bình Thạnh TP HCM Phát phiếu điều tra cho người bán và người mua các sản phẩm probiotics trên thị trường Các câu hỏi liên quan đến giá cả, ý kiến người tiêu dùng Thông tin khách hàng liên quan đến việc tiêu thụ sản phẩm

và thông tin các cửa hàng

Điều tra nhanh về một số sản phẩm có bổ sung probiotics được người tiêu dùng thường xuyên sử dụng trên thị trường Tìm hiểu các thông tin liên quan đến thành phần, công dụng, hàm lượng của probiotics có mặt trong sản phẩm

1.4 Đối tƣợng nghiên cứu

Các sản phẩm thực phẩm bổ sung probiotics có mặt tại thị trường TP HCM đang được lưu thông và sử dụng

Người bán

Sản xuất Phân phối sức khỏe An toàn Giá cả

- Thời gian thực hiện đề tài: 7 tuần

- Phạm vi: Các cửa hàng tạp hóa, đại lý, siêu thị tại khu vực quận Bình

Thạnh Tp HCM

- Nội dung đề tài: probiotics được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

nhưng vì lý do thời gian có hạn và tên đề tài nên nội dung chủ yếu chỉ xoay

quanh vấn đề hiện trạng phân phối và sử dụng thực phẩm bổ sung Probiotics

1.6 Cấu trúc của đề tài

Chương 1: Giới thiệu, các yếu tố liên quan, yêu cầu của đề tài

Chương 2: - Tìm hiểu tổng quan về probiotics

- Tìm hiểu một cách tổng thể các đặc tính, tác dụng của vi sinh vật

có hoạt tính probiotics với sức khỏe con người

- Các ứng dụng của probiotics trong công nghiệp thực phẩm

và tình hình phát triển ở Việt Nam

Chương 3: - Tiến hành khảo sát các vấn đề có liên quan đến thực phẩm

probiotics với các khách hàng và người bán ở khu vực quận Bình Thạnh

- Tiến hành điều tra nhanh về thông tin một số thực phẩm

probiotics (chủ yếu là sữa) trên thị trường khu vực Bình Thạnh

- Tìm hiểu một số vấn đề về hiện trạng sản xuất, phân phối sản

phẩm probiotics trên thị trường

Chương 4: Từ những kết quả điều tra và hiện trạng về thực phẩm probiotics ở

trên đề ra các giải pháp quản lý cho từng vấn đề

Chương 5: - Đưa ra kết luận cho toàn bài về những vấn đề đã được thực hiện ở

trên

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan

2.1.1 Giới thiệu

Như chúng ta đã biết, đường ruột của chúng ta có sự hiện diện rất lớn của

hệ vi sinh vật có vai trò hỗ trợ các chức năng về tiêu hóa và miễn dịch Có khoảng hơn 100 ngàn tỉ khuẩn trong đường ruột của chúng ta, chúng bao gồm cả

những vi sinh vật có lợi (như các loài thuộc nhóm Lactobacillus, Bifidobacteria)

và những vi sinh vật có hại (chẳng hạn như Clostridium, Staphylococcus…) Các

vi sinh vật có lợi sẽ có tác động có lợi cho sức khỏe như là tổng hợp vitamin, giảm sự hình thành các chất gây hại trong ruột, hỗ trợ tiêu hóa giúp hấp thụ tốt hơn và cải thiện sự rối loạn của đường ruột cũng như là tăng cường sức đề kháng, giúp phòng bệnh Ngược lại, các vi sinh vật có hại sẽ gây ra những tác động xấu cho cơ thể như hình thành các chất gây hoại tử đường ruột, các chất gây ung thư…Vì vậy, sự cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột là rất quan trọng để duy trì lượng vi sinh vật có lợi chiếm ưu thế hỗ trợ các chức năng về tiêu hóa và miễn dịch [2]

Tuy nhiên, trong cuộc sống hàng ngày hệ đường ruột của chúng ta rất dễ

bị tác động bởi các yếu tố bên ngoài gây rối loạn hệ vi sinh vật đường ruột Chẳng hạn như sự lão hóa, dùng kháng sinh, chế độ ăn không cân bằng, căng thẳng và làm việc quá sức, hay sự nhiễm khuẩn gây ngộ độc thực phẩm…Các nhân tố này sẽ làm cho hệ vi sinh vật có lợi giảm đi, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây hại tăng lên, gây ảnh hưởng đến sức khỏe Điều đó cho thấy tầm quan trọng của hệ vi sinh vật đường ruột trong việc duy trì sức khỏe và phòng bệnh

Có thể nói, người tiên phong trong việc ứng dụng chủng khuẩn có lợi để cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột và phòng bệnh là tiến sĩ Minoru Shirota –

người bị chết vì bị nhiễm bệnh do vấn đề vệ sinh kém và trình trạng thiếu dinh dưỡng Vì vậy, giáo sư Minoru Shirota đã bắt đầu tập trung nghiên cứu vào nhóm vi khuẩn lên men acid lactic với mục đích kiểm soát vi khuẩn gây hại bằng

vi khuẩn có lợi Cuối cùng đã chọn được chủng acid lactic, kháng mạnh axit, tiến đến ruột non mà vẫn tồn tại Chủng khuẩn này bắt đầu được sản xuất kinh doanh năm 1935 với tên sản phẩm là Yakult Đây là thực phẩm chức năng đầu tiên trên thế giới đưa chủng khuẩn probiotics vào trong thực phẩm [2]

Từ probiotics có nguồn gốc từ tiếng Hylạp có nghĩa là “cho cuộc sống”, ngoài ra còn có thể dịch theo nghĩa gốc, “biotic” hay “biosis” từ chữ “life” là đời sống, và “pro” là thân thiện, nên Probiotics là cái gì thân thiện với đời sống con

người Dịch sát hơn là chất bổ sung dinh dưỡng hay nấm có ích [4]

Chúng còn là những vi sinh vật có thể giúp ích cho một số tình trạng sức khỏe như tiêu chảy do dùng kháng sinh, tiêu chảy do nhiễm trùng, hội chứng ruột bị kích thích và viêm da do dị ứng ở trẻ em Vì có nhiều cơ chế tác dụng, những probiotics khác nhau có những ứng dụng cho nhiều loại bệnh khác nhau Những vi sinh vật thường dùng trong sản phẩm probiotics:

Streptococcus cremoriev Lacobacillus Casei Shirota

Lactobacillus bulgaricus Bifidobacterium Bifidum

Lactobacillus Bifidus Lactobacillus rhamnosus

Hình 2.1: Giới thiệu về một số vi sinh vật có hoạt tính probiotics

2.1.2 Định nghĩa

Năm 1974 Parker cho rằng “probiotics là những vi sinh vật và những thành phẩm mà góp phần tạo nên sự cân bằng cho hệ vi sinh đường ruột Nhưng Fuller (1989) đã phản đối định nghĩa của Parker, bởi vì theo định nghĩa của Parker nó bao gồm cả kháng sinh dùng để thúc đẩy quá trình phát triển của động vật Vì vậy, ông đưa ra định nghĩa mới, nhấn mạnh đến tầm quan trọng của vi khuẩn sống Ông cho rằng “probiotics là thực phẩm bổ sung vi sinh vật sống có ảnh hưởng tốt đến vật chủ bằng cách cải thiện sự cân bằng hệ vi khuẩn đường ruột có lợi cho vật chủ” Định nghĩa này được mở rộng: Probiotics bao gồm cả một vi khuẩn hay một hệ vi khuẩn sống được dùng cho người hay động vật ảnh hưởng tích cực đến vật chủ bằng cách cải thiện tính chất hệ vi khuẩn đường ruột giúp cho dễ tiêu hóa và chúng cũng tác động trực tiếp đến hệ tiêu hóa Trong giới hạn của sự nghiên cứu, probiotics có giới hạn rõ ràng là hệ vi khuẩn chỉ phù hợp với một hoặc một vài sản phẩm (theo WHO/1994) Đến năm 1992 Havenaar

và Veld lại đề nghị khái niệm khác “probiotics là dịch cấy chỉ bao gồm một hoặc nhiều loại vi sinh vật sống mà sử dụng cho người hay động vật, có tác động một cách hiệu quả cho vật chủ bằng cách cải thiện hệ vi sinh vật bản địa” [2]

Vào những năm sau đó định nghĩa probiotics càng được mở rộng hơn Năm 1995, Fuller cho rằng “probiotics là dược phẩm hoặc thực phẩm bao gồm những vi sinh vật sống hay những tác nhân kích thích của vi sinh vật mà có tác động đến hệ vi sinh vật bản địa của động vật, thực vật hay thực phẩm thu nhận

nó và có tác động theo chiều hướng có lợi” theo thực phẩm chức năng-sức khỏe bền vững (PGS, TS Dương Thanh Liêm)

Tuy nhiên, định nghĩa về probiotics đã phát triển nhiều theo thời gian Theo Lee (2009) trích dẫn từ Lily và Still Well (1965) đã mô tả trước tiên probiotics như một hỗn hợp được tạo thành bởi một động vật nguyên sinh thúc đẩy sự phát triển của đối tượng khác

Khái niệm này sau đó được phát triển xa hơn “vi sinh vật sống (vi khuẩn lactic và vi khuẩn khác, hoặc nấm men ở trạng thái khô hoặc bổ sung trong thực phẩm lên men) mà thể hiện một ảnh hưởng có lợi đối với sức khỏe của vật chủ sau khi được tiêu hóa nhờ cải thiện tính chất hệ vi sinh vật vốn có của vật chủ”, (theo Lee, 2009 trích dẫn từ Havenaar và Veld, 1992)

Mặc dù, có nhiều định nghĩa, thuật ngữ probiotics đã được đề cập, song phổ biến nhất và có giá trị khoa học là định nghĩa của tổ chức Y tế thế giới và tổ chức lương nông thế giới (WHO/FAO, 2001), “probiotics là những sinh vật sống

mà khi đưa vào cơ thể một lượng đầy đủ sẽ có lợi về mặt sức khỏe cho người sử dụng” Theo định nghĩa này thì những sinh vật sống không chỉ bao gồm những

vi khuẩn có lợi mà còn có cả nấm men như là nấm men Saccharomyces cerevisiae Hầu hết, các chủng probiotics được sử dụng để sản xuất thực phẩm là

loài thuộc nhóm vi khuẩn acid lactic như là Lactobacillus và Bifidobacteria [2]

2.1.3 Đặc điểm chung

Cơ chế hoạt động:

Một số tác giả nghiên cứu về cách tác động của probiotics nhưng rất ít chứng cớ rõ ràng để hỗ trợ cho các cơ chế đã được đề nghị: Fuller (1992) đề nghị

cơ chế ảnh hưởng của probiotics có thể là:

- Cạnh tranh cụ thể kết dính trên tế bào biểu mô đường tiêu hóa

- Cạnh tranh chất dinh dưỡng

- Sản xuất chất kháng khuẩn (bacteriocin như Nisin, Reuterin…của

Lactobacillus spp, các acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic)

- Kích thích miễn dịch (Trần Thị Dân 2008) Gần đây những nghiên cứu dựa trên những phân tử và bộ gen đang bắt đầu cung cấp những biểu hiện sâu sắc về các phương thức mà các probiotics cảm ứng và thích nghi với môi trường bên trong đường tiêu hóa

Tuy nhiên, không phải những vi sinh vật sống nào cũng được gọi là probiotics Theo đánh giá của tổ chức FAO và WHO tiêu chuẩn quan trọng để chọn chủng vi khuẩn probiotics sử dụng dưới dạng thực phẩm là chuẩn chủng đó phải có khả năng sống sót qua hệ tiêu hóa và phải có khả năng phát triển trong đường ruột

Yêu cầu đặt ra cho một probiotics dùng trong thực phẩm là:

- Phải còn sống ở dạng khô hoặc vi sinh ủ

- Phải có ích cho cơ thể con người và động vật ngay cả việc kích thích tăng trưởng

- Tác động trực tiếp có lợi cho hệ tiêu hóa

- Chúng phải tiến đến ruột non mà vẫn tồn tại có nghĩa là chúng kháng được acid dạ dày và dich vị

- Phải phát triển được trong ruột mới có thể hỗ trợ các chức năng về tiêu hóa và miễn dịch

- Chúng phải được chứng minh là an toàn khi sử dụng

- Chúng phải được dùng dưới dạng thực phẩm Nghĩa là chủng khuẩn probiotics phải còn sống trong thực phẩm cho đến khi nó được tiêu thụ

mà không có sự phát triển của các vi sinh vật khác Chúng phải có mùi

vị dễ chịu, dễ uống

- Chúng phải có hiệu quả lợi ích đáng tin cậy bằng cách chứng minh một cách khoa học bằng các dữ liệu lâm sàng sử dụng trên động vật và trên người

- Sản phẩm có giá cả hợp lý Người tiêu dùng cần tiêu thụ thực phẩm chức năng có chủng khuẩn probiotics trong một thời gian dài để thu nhận các hiệu quả có lợi của chúng Giá thành thấp sẽ tạo điều kiện cho người tiêu

dùng sử dụng chúng hàng ngày để duy trì hệ thống đường ruột khỏe mạnh

2.1.3.1 Lên men lactic đồng hình

Acid lactic tao thành hơn 90%, chỉ một lượng nhỏ pyruvate bị khử cacbon

phụ thuộc vào sự có mặt của oxi

Sản phẩm tạo thành chủ yếu là acid lactic, xảy ra theo con đường EMP

C6H12O6 2CH3CHOH – COOH

 Một vài đại diện:

- Lactobacillus casei: Đây là trực khuẩn rất ngắn gây chua sữa tự

nhiên Yếm khí tùy tiện, lên men tốt glucose, maltose, lactose tạo môi trường có

từ 0.8-1% acid lactic Ở điều kiện bình thường gây chua sữa trong vòng 10-12

triển là 100C, tối ưu là 350C và tối đa là 450C, chúng phân hủy casein và gelatin rất yếu

- Steptococcus cremoris: Thường tạo thành chuỗi dài, phát triển ở

nhiêt độ thấp hơn bacterium casei, nhiệt độ tối ưu từ 250C ÷ 300C, lên men glucose và galactose

- Lactobacterium bulgaricus: Đây là trực khuẩn rất dài, nhiệt độ tối ưu

là 200C, có khả năng lên men glucose, lactose Có khả năng tạo độ acid cao (3.7% acid lactic)

- Lactobacterium delbruckii: Thường gặp trên hạt đại mạch, đây là

trực khuẩn lớn Trong quá trình phát triển chúng có khả năng tạo thành sợi Nhiệt độ phát triển tối ưu từ 450C ÷ 500C, sự khác biệt giữa Lactobacterium delbruckii đối với những loài khác như Lactobacterium bulgaricus, Steptococcus

cremoris, Lactobacterium casei…Là chúng không có khả năng lên men đường

lactose vì vậy chúng không được dùng trong chế biến sữa

- Lactobacterium cueumerisfermemti: Thường tìm thấy trong sữa ủ

chua Là trực khuẩn không di động thường tạo thành tế bào đơn và có khi tạo thành chuỗi trong quá trình lên men, khả năng tạo acid tối đa trong môi trường từ 0.9% ÷1.2%

2.1.3.2 Lên men lactic dị hình

Sản phẩm tạo thành ngoài acid lactic còn tạo ra acid acetic, ethanol, acid

tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm

C6H12O6 CH3CHOHCOOH + HOOC-(CH2)-COOH + CH3COOH +

CH3CH2OH +H2 + CO2+H2

Ethanol Acid lactic Acid siccinic Acid acetic

- Streptobacterium hassicefer mentatae: Lên men rau cải chua tạo

đường lactose

- Lactosebacterium lycopersici là trực khuẩn Gram (+), sinh hơi và có

chúng tạo thành acid lactic, rượu etylic, acid acetic và CO2

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật probiotics

2.1.4.1 Ảnh hưởng của các quá trình tiêu hóa ở dạ dày

Những vi khuẩn từ thực phẩm và môi trường vào miệng được rửa trôi với

nước bọt rồi vào dạ dày Hầu hết các vi khuẩn bị tiêu diệt trong dạ dày bởi acid trong dạ dày và các enzyme tiêu hóa trong dịch vị Dịch vị được tiết vào mỗi

ngày khoảng 1.5-2 lít pH dạ dày của trẻ sơ sinh từ 3.8-5.8, ở người lớn từ 1.5-2 Thành phần chủ yếu là nước, acid HCl, các enzyme: pepsin, lipase và prezue (men sữa có ở trẻ con bú) Nhưng trong hệ thống dạ dày ruột của người thì acid

dạ dày là bộ máy phòng vệ chính của vật chủ chống lại sự lây nhiễm của những

vi khuẩn gây bệnh từ thực phẩm Acid dịch vị cũng góp phần quan trọng trong việc duy trì một lượng nhỏ vi khuẩn trong phần trên của ruột non Bởi vì chỉ những vi sinh vật có khả năng kháng lại acid tốt nhất mới có thể sống sót khi đi qua dạ dày

2.1.4.2 Ảnh hưởng của các quá trình tiêu hóa trong môi trường ruột

Trong môi trường ruột dịch mật và các enzyme tiêu hóa tác động lên hệ vi sinh vật đường ruột trong đó có dịch mật là yếu tố quan trọng nhất Cơ chế tác động của dịch mật đối với vi khuẩn là phân chia lớp đôi lipid khi màng tiếp xúc với dịch mật làm mất sự nguyên vẹn của màng và hình thành hỗn hợp chuỗi phân tử Trong dịch mật thì muối mật là thành phần chính tác động lên vi khuẩn

Muối mật là muối natri của các acid mật và chúng được tổng hợp từ cholesterol Muối mật được tạo thành trong gan, lưu trữ trong túi mật và vận chuyển qua ống mật đến ruột non khi thực phẩm được chuyển qua Muối mật là steroid được sử dụng để nhũ hóa lipid Khi thực phẩm được chuyển qua ruột, muối mật nhũ hóa mỡ và hấp thu chúng qua thành ruột non

Ngoài ra, các chuyển động của ruột cũng ảnh hưởng đến khả năng cư trú của vi khuẩn trong ruột Nếu vi khuẩn không kết bám được vào niêm mạc ruột thì các loại chuyển động ruột sẽ mau chóng đào thải chúng ra ngoài

Đã có nhiều nhiều nghiên cứu chứng minh tác dụng probiotics đối với hệ miễn dịch niêm mạc: Hoạt hóa hệ miễn dịch (hệ vi khuẩn đường ruột tạo kích thích liên tục với hệ miễn dịch niêm mạc), ức chế vi khuẩn gây bệnh, tổng hợp vitamin, giảm pH môi trường, tổng hợp men tiêu hóa giúp tiêu hóa tốt hơn, bảo

vệ chống nhiễm trùng ruột trong giai đoạn đáp ứng miễn dịch chưa trưởng thành…Cơ chế tăng cường hệ miễn dịch niêm mạc như sau:

- Hệ vi khuẩn có nhiều thành phần giúp kích thích mạnh hệ miễn dịch niêm mạc: Lypopolysaccharide (LPS), peptidoglycan-polysaccharide (PG-PS) (Mc Call và cộng sự, 1994)

- Formylated chemotatic oligopeptides (FMLP) kích thích quá trình đại thực bào

- Kích thích các tế bào tua gai và bạch cầu đa nhân trung tích thông qua receptor đặc hiệu

- Các peptide, Polysaccharide không phải của cơ thể được nhận diện bởi các tế bào T, NK (cell markers) và NKT (natural killer T cell

population) ở niêm mạc

2.1.4.3 Ảnh hưởng của prebiotics

tăng trưởng của vi khuẩn có lợi trong ruột già và do đó cải thiện hệ tiêu hóa cho vật chủ Là chất bột đường glucide không tiêu hóa được và vẫn còn nguyên vẹn khi vào đến ruột già (colon)

Hiện nay, định nghĩa được công nhận phổ biến nhất là: “prebiotics” là chất xơ tan dinh dưỡng, hoạt động như một nguồn thực phẩm cho probiotics để kích thích một cách có chọn lọc sự phát triển và hoạt động của probiotics để tồn

tại lâu hơn trong ruột giúp tăng lượng khuẩn có lợi thuộc nhóm Bifidobacteria, lactobacilli (probiotics) Tuy nhiên, một prebiotic phải đáp ứng đầy đủ các điều

kiện sau:

- Là thành phần chất xơ không tiêu hóa được

- Không bị phân hủy hay hấp thụ ở đoạn dạ dày ruột trên Nhưng phải được phân giải trong ruột già bởi các chủng khuẩn có lợi như

Lactobacillus, Bifidobacterium

- Phải được lên men một cách có chọn lọc bởi một hoặc nhóm khuẩn có

lợi sống cộng sinh trong ruột, như là Bifidobacteria và Lactobacilli để

kích thích sự phát triển hoặc kích hoạt sự trao đổi chất

- Có khả năng thúc đẩy sự phát triển và hoạt động của khuẩn probiotics

- Có tác động có lợi cho sức khỏe của vật chủ

Bifidobacterium Prebiotics giúp cải thiện hệ miễn dịch, hấp thụ calcium và có

thể làm giảm nguy cơ xuất hiện của một vài loại ung thư Nguồn prebiotics bao gồm fructo- oligosaccharide (FOS) và innulin tìm thấy trong hành tây, măng tây, rau diếp xoăn và chuối, FOS cũng có sẵn như là một bổ sung và đôi khi kết hợp với chế độ ăn uống bổ sung probiotics Có thể nói prebiotics là thức ăn cho vi khuẩn probiotics Tuy có khác nhau nhưng hai loại vi khuẩn này đều có tác dụng tốt cho hệ vi khuẩn đường ruột Khi bổ sung hai loại này vào thức ăn sẽ có tác dụng tốt đối với hệ tiêu hóa

Hình 2.2: Đường đi của probiotics trong cơ thể người

Hiệu quả có ích của các vi khuẩn này phụ thuộc vào sự có mặt của chúng với số lượng cao trong đường ruột dạ dày Điều này có thể đạt được bằng cách

ăn một lượng lớn các tế bào sống của các vi khuẩn probiotics hoặc bằng cách kích thích sự tăng trưởng nhanh của các vi khuẩn đường ruột mong muốn nhờ cung cấp các chất dinh dưỡng thích hợp

Tổng số các vi khuẩn đường ruột có ích, các loài Lactobacillus chiếm ưu thế trong ruột non trong khi các loài Bifidobacterium chiếm ưu thế trong ruột già

(kết tràng) Biện pháp tiến hành để kích thích sự sinh trưởng của

Bifidobacterium trong kết tràng nhờ cung cấp một hoặc nhiều nguồn cacbon và

năng lượng chọn lọc không được chuyển hóa bởi các vi khuẩn trong ruột non

cũng như nhiều vi khuẩn gặp trong kết tràng Điều này tạo cho Bifidobacterium

một ưu thế sinh trưởng, chọn lọc và cho phép nó đạt được những số lượng cao Các chất dinh dưỡng này được gọi là các prebiotics và được định nghĩa là thực phẩm không tiêu hóa được, gây tác động có ích lên vật chủ bằng cách kích thích một cách chọn lọc lên sự sinh trưởng, hoặc lên hoạt tính, hoặc cả hai của một số lượng vi khuẩn nhất định trong kết tràng Dẫn đến nâng cao sức khỏe của vật chủ

Symbiotics được tạo ra bao gồm cả thuật ngữ probiotic và prebiotic Thay cho việc sử dụng probiotics và prebiotics một cách tách biệt thì một sản phẩm chứa cả hai, tức là các vi khuẩn đường ruột có ích ở nồng độ cao cũng như các chất dinh dưỡng bổ sung dành cho chúng sẽ sho phép chúng sinh sản Nhưng các tác dụng của nó vẫn đang được các nhà khoa học nghiên cứu sâu hơn nữa

2.1.4.4 Ảnh hưởng trong quy trình sản xuất tạo chế phẩm probiotics

Quy trình sản xuất sữa probiotics nói chung đòi hỏi phải sản xuất với công nghệ cao trong điều kiện vệ sinh hết sức nghiêm ngặt để sản phẩm sản xuất ra phải an toàn tuyệt đối cho người sử dụng Điều quan trọng nhất của quá trình sản xuất là tránh sự nhiễm tạp của bất kì vi sinh vật nào khác bởi vì sản phẩm rất dễ

bị ảnh hưởng bởi sự phát triển của chúng Và hơn nữa cần phải duy trì lượng khuẩn probiotics trong sản phẩm biểu hiện hoạt tính có lợi cho sức khỏe con người Nếu quy trình không được xử lý vệ sinh kĩ thì sẽ làm giảm chất lượng vi sinh vật probiotics, lúc đó không những không mang lại lợi ích về sức khỏe cho người sử dụng mà đôi khi còn có tác dụng ngược lại Gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người sử dụng Các quá trình trong sản xuất ảnh hưởng đến probiotics là:

a) Quá trình lên men

Yếu tố ảnh hưởng đến sinh khối cuối cùng là thành phần môi trường nuôi cấy Ngoài các yếu tố môi trường và điều kiện nuôi cấy thì các yếu tố như pH, nhiệt độ, oxi cũng ảnh hưởng đến năng xuất sinh khối của sản phẩm Thông

điều kiện yếm khí không bắt buộc nên không có nhu cầu sục khí Sản phẩm do Lab tổng tích lũy trong môi trường lên men như acid hữu cơ có thể ức chế tăng trưởng và có thể dẫn đến pha chết Sau cùng chính nồng độ tế bào ảnh hưởng lên khối lượng bacteriocin được tổng hợp theo cơ chế gọi là gen phụ thuộc vào nồng

độ tế bào (cotter et al., 2005) Cuối cùng khối lượng bacteriocin quyết định đến hoạt tính kháng vi sinh vật của probiotics

b) Quá trình thu hồi sản phẩm

Các quá trình thu hồi sản phẩm lên men thu sinh khối bao gồm việc tách các pha rắn, lỏng (ly tâm) và tách ẩm để thu được sản phẩm cuối cùng là pha rắn

Cơ chế gây tổn thương cho quá trình này là do nhiệt sấy phun, làm lạnh sấy đông khô và trình trạng mất nước của tế bào (Santivarangkna et al, 2008)

c) Các tổn thương do nhiệt độ xảy ra khi tiến hành sấy phun

Vi khuẩn Lab không sinh bào tử nên rất dễ bị tổn thương do nhiệt độ khi sấy phun Trong quá trình sấy phun giai đoạn đầu là giai đoạn phun huyền phù tế

bào vi khuẩn, nhiệt độ lúc này vẫn còn thấp và vẫn chưa lên quá cao vì đây là giai đoạn nước bay hơi Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn rơi trong buồng sấy và lúc này các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ sống sót đó là nhiệt độ khí đầu vào và đầu

ra, thời gian lưu và tốc độ bơm nhu động Nhiệt độ vi khuẩn khi rời khỏi buồng sấy được coi là thông số quyết định ảnh hưởng đến tỷ lệ sống của vi khuẩn sau

dễ dàng xảy ra và là nguyên nhân gây chết tế bào

d) Tổn thương tế bào do sấy đông khô

Ngược lại, với quá trình sấy phun tổn thương tế bào do sấy đông khô lại là

do trạng thái đông đá Sấy đông khô là quá trình làm mất nước đã được làm lạnh đông nhờ thăng hoa ở áp suất thấp Trong quá trình làm lạnh đông tinh thể bàn ngoại bào hình thành trước làm tăng nồng độ các chất hòa tan ngoại bào dẫn đến nước di chuyển từ trong tế bào ra ngoài Trong giai đoạn này tốc độ lạnh đông là

quá thấp nước từ nội bào sẽ có đủ thời gian khuếch tán ra ngoài Nhưng nếu kéo dài thời gian đông đá sẽ không có lợi về mặt năng lượng Ngược lại, nếu tốc độ làm lạnh quá nhanh, màng phospholipids, các kênh co thắt sẽ hạn chế sự thoát hơi nước đồng thời sẽ hình thành đá nội bào sắc cạnh gây tổn hại đến các bào quan của vi sinh vật Song song đó nữa là nồng độ môi trường tăng cao, áp suất thẩm thấu cùng lúc tăng nhanh lên bề mặt màng, gây stress tế bào vi sinh vật khi hydrate hóa sau này, giảm tỷ lệ phục hồi và gây tổn hại cho ribosomes Vì vậy tốc độ làm lạnh được gọi là tối ưu hóa khi nồng độ dung dịch ở môi trường ngoài tăng nhanh hình thành tinh thể cao hơn nhưng vẫn đạt được sự khuếch tán của nước ra môi trường ngoài và giảm thiểu tổn thương cho tế bào do tinh thể nước

đá nội bào

e) Tổn thương do mất nước

Dù thực hiện sấy vi khuẩn bằng cách nào thì vẫn xảy ra trình trạng mất nước Khi mất nước lớp lipid đôi ở màng tế bào là nơi sẽ dễ dàng bị tổn thương nhiều nhất Điều này làm mất tính lỏng vốn có của màng tế bào và sẽ làm thay đổi cấu trúc không gian của màng tế bào (Strasser et al, 2009)

2.1.5 Tiêu chuẩn lựa chọn chủng vi sinh vật probiotics

2.1.5.1 Lựa chọn các chủng probiotics

Các vi khuẩn lactic được sử dụng làm probiotics nhiều nhất vì chúng được sử dụng rộng rãi trong các loại thực phẩm lên men và thuộc hệ vi sinh vật đường ruột của các cơ thể khỏe mạnh

Việc lựa chọn các chủng vi sinh vật với tiêu chí đầu tiên là phải an toàn cho quá trình sản xuất và ứng dụng Kháng được acid trong thời gian đủ dài để vượt qua quá trình tiêu hóa, tăng trưởng trong môi trường có dịch mật Kết bám với tế bào biểu mô ruột, tạo ra nhiều chất kháng khuẩn Điều hòa đáp ứng miễn dịch và kháng lại các quá trình xử lý trong quy trình sản xuất probiotics Cơ sở khoa học cho sự lựa chọn vi sinh vật probiotics là sự an toàn cho sử dụng, hoạt động chức năng probiotics và những đặc điểm về kĩ thuật probiotics Các tiêu chuẩn này được hợp lý hóa thông qua các thử nghiệm invitro, từ đó sẽ tuyển chọn được các chủng có tiềm năng như là nguồn probiotics

Các chủng vi sinh vật được lựa chon theo tiêu chuẩn chủ yếu sau:

- Tính bám dính trên bề mặt đường tiêu hóa hoặc các tế bào biểu mô Các chủng probiotics phải bám dính được vào thành ruột non, khu trú tốt trong đường tiêu hóa và sinh sôi nảy nở Khả năng bám dính được xem là một yêu cầu quan trọng để tăng khả năng ức chế vi sinh vật gây bệnh, bảo vệ biểu mô và tăng khả năng miễn dịch của vật chủ Đặc tính này làm tăng khả năng cạnh tranh của các chủng probiotics với các vi sinh vật bất lợi khác

- Hoạt tính kháng khuẩn chống lại các vi khuẩn gây bệnh: Lựa chọn các chủng có khả năng sản sinh các chất kháng khuẩn là đặc tính quan trọng nhất trong phát triển probiotics Các chủng probiotics cần có hoạt tính ức chế các vi

khuẩn gây bệnh như: E coli, Samonella spp, Campylobacteria, Listeria monocytogenes, Helicobacter pylori…Hoạt tính kháng khuẩn của chúng có thể

thực hiện theo cơ chế sau:

+ Sản sinh ra các chất Bacteriocin

+ Làm giảm độ pH bởi tạo ra acid lactic

+ Tạo ra H2O2

+ Làm giảm độc tố theo các cơ chế khác nhau

+ Khả năng làm giảm sự bám dính của các vi khuẩn gây bệnh trên bề mặt

+ Cạnh tranh dinh dưỡng với các vi khuẩn gây bệnh

- Khả năng tồn tại trong môi trường acid dạ dày: Khoang miệng và dạ dày của vật chủ là nơi có môi trường acid pH từ 2-3 và có mặt của các enzyme tiêu

hóa (amylaza, proteaza, lysozym…) Các chủng vi sinh vật được coi như là

nguồn probiotics phải tồn tại trong điều kiện này Hiện nay các công ty đã khuyến cáo dùng vỏ bọc (microcapsute) với chế phẩm probiotics nhằm tăng khả năng sống sót của vi khuẩn probiotics khi đi qua khoang miệng và dạ dày

- Khả năng chịu muối mật: Thông thường muối mật trong dịch tiêu hóa của người và động vật dao động từ 1-3% Để tồn tại và phát triển, các chủng probiotics phải có khả năng tồn tại và phát triển với nồng độ muối mật ≥ 2%,

ngoài ra một số chủng probiotics (Nấm men, Bacillus, Lactobacillus) có khả năng sinh enzyme tiêu hóa như: Amylaza, xenlulaza, proteaza, lypaza và phytaza

có vai trò làm tăng khả năng tiêu hóa thức ăn và hấp thu chất dinh dưỡng của vật chủ

- Kích thích miễn dịch nhưng không có phản ứng tiền viêm

- Kháng độ biến và kháng ung thư (Mattila et al, 2002)

2.1.5.2 Các chủng vi sinh vật dùng phổ biến trong probiotics

Vi khuẩn lactic: gồm 2 chi vi khuẩn chủ yếu là Lactobacillus và Bifidobacterium

Các loài thuộc chi Lactobacillus: Lb cidophilus, Lb amylovorus, Lb brevis,

Lb casei, Lb casei subsp Rhamnosus (Lactobacillus GG), Lb caucasicus, Lb crispatus, Lb delbrueckii subsp Bulgaricus (Lb bulgaricus), Lb fermentum (Lb fermenti ), Lb gasseri, Lb helveticus, Lb johnsonii, Lb lactic, Lb leichmannii, Lb paracasei, Lb plantarum, Lb reuteri, Lb rhamnosus

Các loài thuộc chi Bifidobacterium: B adolescentis, B bifidum, B breve, B infantis, B lactis (B animalis), B licheniformis, B longum

Một số vi sinh vật probiotics khác không phải vi khuẩn lactic Lactobacillus và Bifidobacterium: Bacillus subtilis, Enterococcus faecium, Saccharomyces boulardii, Saccharomyces cerevisiae

2.1.5.3 Thành phần công thức chế phẩm probiotics

Có 3 đối tượng chủ yếu cho nghiên cứu phát triển chế phẩm là vi khuẩn

lactic, vi khuẩn Bacillus và nấm men Chúng có những vai trò và cơ chế tác

động lên vật chủ khác nhau, cụ thể là:

Bảng 2.1: Tóm tắt cơ chế tác động chủ yếu của các chủng probiotics lên vật chủ

- Sinh các acid hữu cơ,

tăng hiệu quả hấp thu

dinh dưỡng

- Sinh các enzyme phân giải các cơ chất như tinh bột, xenluloza, kích thích tiêu hóa

- Sinh acid hữu cơ, kích thích tiêu hóa

- Hấp thu chất độc và Cạnh tranh dinh dưỡng,

Vị trí bám trên biểu mô với vi sinh vật gây bênh

Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà có thành phần vi sinh vật khác nhau

2.1.5.4 Yêu cầu an toàn với các chủng vi sinh vật probiotics

Các chủng probiotics sử dụng cho người không cần thiết phải kiểm tra các chỉ tiêu của cơ thể như ở động vật Nhưng các chủng vi sinh vật cần được qua nhiều khâu tiếp xúc và thử nghiệm là an toàn trước khi đưa vào cơ thể Các chủng đưa vào sử dụng cho con người cần được chú ý các phản ứng phụ như dị ứng da, mũi, mắt (Arturo et al, 2006) Với môi trường yêu cầu là vi sinh vật không có hại đối với môi trường và động vật, không mang gen lạ Nói chung, các chủng probiotics có nguồn gốc tự nhiên là các chủng được khuyến cáo sử dụng Tổ chức FAO (2002) đã đưa ra hướng dẫn về việc tuyển chọn các chủng

được cụ thể hóa các thông tin về nguồn gốc chủng, tên phân loại đến chi và loài

Tổ chức FAO (2002) còn khuyến cáo các chủng probiotics không những cần được phân loại chính xác mà còn phải được cung cấp và lưu giữ tại các bảo tàng

vi sinh vật đạt tiêu chuẩn quốc tế Quy trình sản xuất phải theo tiêu chuẩn GMP (Good Manufacturing Practices)

2.1.5.5 Phân loại vi sinh vật

Yêu cầu tiên quyết là các chủng vi sinh vật probiotics phải được định danh chính xác đến chi (genus) và loài (species), (FAO, 2002) Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại KIT định danh vi sinh vật khác nhau như: API 50CH, API-20E Tuy nhiên, các loại KIT này được phát triển dựa trên các đặc tính sinh lý, sinh hóa của các vi sinh vật đã biết Vì vậy, với yêu cầu định danh chính xác cần kết hợp các đặc tính phân loại về hình thái, sinh lý sinh hóa và sinh học phân tử Phương pháp định danh dựa trên sinh học phân tử hiện nay chủ yếu vẫn là dựa trên kĩ thuật giải trình tự đoạn gen mã hóa cho ARN riboxom 16S (đối với vi khuẩn và đoạn D1D2 của gen mã hóa cho ARN riboxom 28S hoặc vùng ITS (đối với nấm men) Trong những điều kiện cho phép thì người ta tiến hành kĩ thuật lai DNA với các chủng chuẩn để khẳng định vị trí phân loại của chủng nghiên cứu tới loài

2.1.6 Cơ chế hoạt động của probiotics

Vi sinh vật probiotics góp phần tạo nên hệ vi sinh vật đường ruột lành mạnh, chúng kết bám vào biểu mô ruột với số lượng lớn và đa dạng và nhờ đó cải thiện chế độ bảo vệ đối với vật chủ bằng cách

- Cạnh tranh với vi sinh vật gây bệnh về thức ăn và vị trí bám

- Tổng hợp các chất kháng vi sinh vật gây bệnh

- Cảm ứng huy động tế bào miễn dịch và hoạt hóa đáp ứng miễn dịch thích hợp

2.1.6.1 Khả năng bám kết trên biểu bì mô ruột

Vị trí hoạt động của probiotics là trên bề mặt của biểu mô ruột Vì vậy, việc duy trì tế bào vi khuẩn trong bộ máy dạ dày ruột là cần thiết nhằm ngăn cản

sự đào thải nhanh chóng bởi sự co bóp của ruột Tại đó, trước tiên chúng phải có khả năng bám dính để cạnh tranh vị trí và nguồn dinh dưỡng với vi sinh vật gây bệnh và duy trì vi khuẩn trong bộ máy dạ dày – ruột người Muốn vậy, chúng phải sống sót khi đi qua dạ dày Nơi có pH acid và enzyme tiêu hóa

Chauviere và cộng sự năm (1989) thấy rằng chỉ một vài chủng Lab có khả năng kết bám với tế bào ung thư ruột kết (caco-2) hoặc dòng tế bào HT-29, Conway kjellberg (1989) đã xác định một loài protein ngoại bào từ Lab

fermentum là trung gian cho sự kết bám đặc trưng giữa vi khuẩn và cơ thể vật

chủ

Một số nghiên cứu khác (Brooker và Fuller, 1975) cũng cho thấy vai trò của cacbohydrate trong sự kết bám của Lab

Thành phần protein cũng chứng tỏ có sự ảnh hưởng của vi khuẩn tới biểu

mô vảy trong dạ dày heo (Henrickson, Szewzyk và coway, 1991) Các nhân tố kết bám của Lab dựa vào nhiều bộ máy gồm nhiều cấu trúc bề mặt khác nhau cần cho sự xâm chiếm của Lab trong ruột

Elo và cộng sự (1991 báo cáo rằng Lactobacillus casei GG từ sản phẩm

mẫu sữa và sản phẩm đông khô đều liên kết với dòng tế bào caco-2 trong môi trường có ái lực mạnh Chúng định cư nhanh chóng và tồn tại được trong đường ruột của người

Green và Klaenhammer nghiên cứu những yếu tố liên quan đến sự kết

bám của các chủng Lab phân lập từ người như: L acidophilus BG2FO4, L acidophilus NCFM/N2 và L gasseri ADH với các tế bào caco-2 từ người và

thấy rằng đối với 3 chủng thì sự kết bám phụ thuộc vào giá trị pH, kết bám tốt

đáng quan tâm vì chúng làm giảm sự kết bám của L gasseri ADH, trung hòa sự kết bám của L acidophilus BG2FO4 và không ảnh hưởng đến sự kết bám của L acidophilus NCFM/N2

Những kết quả trên cho thấy rằng Lactobacillus kết bám với tế bào ruột

qua nhiều bộ máy mà bao gồm bởi nhiều sự kết hợp khác nhau giữa protein và cacbohydrat của vi khuẩn và tế bào nhân thật Hơn nữa, ảnh hưởng của pH trên những tế bào caco-2 cũng góp phần đáng kể vào sự kết bám của chủng này trong dịch nuôi cấy Vì vậy, chúng có những khả năng như:

- Nó đẩy mạnh sự liên kết chặt chẽ của những tế bào biểu mô

- Giảm việc kích thích bài tiết và những hậu quả do bị viêm của sự lây nhiễm vi khuẩn

- Đẩy mạnh sự tạo ra các phân tử phòng vệ như chất nhầy

- Cạnh tranh với các nguồn bệnh vị trí bám dính vào đường ruột

- Cạnh tranh dinh dưỡng cần thiết cho sự sống sót của mầm bệnh

- Tác động kháng độc tố

Những hoạt động này có được là do:

- Làm giảm pH của môi trường trong khoang ruột thông qua sự tổng hợp các acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic, acid propionic

- Làm giảm khả năng oxi hóa – khử của môi trường ruột

- Sản xuất H2O2 trong điều kiện kỵ khí

- Đặc biệt tạo những hợp chất ức chế như Bacteriocin

a) Ảnh hưởng của acid lactic và acid acetic

Acid lactic là sản phẩm chính của quá trình trao đổi chất cacbohydrat tạo

từ pyruvate bởi enzyme lactic acid dehydrogenase, còn acid acetic là sản phẩm phụ của quá trình lên men Sự tích tụ acid lactic và acid acetic đi kèm với sự làm giảm pH của môi trường và hạn chế sự phát triển của vi khuẩn Gram (+) và Gram (-) với phổ rộng

hằng số phân ly (pK) và nồng độ mole là những nhân tố xác định hoạt độ ức chế của acid lactic và acid acetic trong môi trường Acid acetic có pK= 4.756; còn acid lactic có pK= 3.860 Ở pH của ruột có 8.4% acid acetic và 1.1% acid lactic

ở dạng không phân ly Đây là yếu tố quan trọng vì acid không phân ly được xem như là chất đối kháng chống lại sự tăng trưởng của nhiều vi khuẩn gây bệnh cũng như gây thối Những dạng acid acetic và acid lactic ở dạng không phân ly

có thể thấm vào màng tế bào vi khuẩn, khi ở môi trường nội bào với pH cao chúng phân ly tạo ra ion hydrogene, ảnh hưởng đến các hoạt động chức năng trao đổi chất của tế bào như sự di chuyển cơ chất và sự phosphoryl hóa

Acid lactic và acid acetic được biết là có khả năng hạn chế staphylococcus aureus, tuy nhiên khả năng này chỉ xảy ra ở giai đoạn sớm mà không xảy ra ở

giai đoạn sau của sự phát triển vi khuẩn Goepfert và Hicks (1986) cho rằng

Samonella bị kiềm hãm ở pH thấp hơn 4.4 đối với acid lactic và 5.4 đối với acid

acetic

Trong sự hiện diện của hydrogene vi khuẩn lactic tạo ra hydrogene peroxide thông qua quá trình vận chuyển điện tử nhờ các enzyme flavin Sự hình

thành H2O2 bởi Lab và ảnh hưởng của nó đối với nhiều vi sinh vật khác nhau đã được nhiều tác giả nghiêng cứu trong những thời gian qua Các chủng Lab tạo

động của các enzyme NADH oxidase, pyruvate oxidase và NADH peroxidase

tính thấm của màng Các ảnh hưởng này góp phần oxi hóa tế bào vi khuẩn cũng

các thành phần trong tế bào và môi trường để hình thành thêm các chất ức chế khác

c) Ảnh hưởng của carbon dioxide

Carbon dioxide là sản phẩm lên men chính của quá trình dị hình hexose của vi khuẩn lactic Một số vi khuẩn lactic có thể tạo ra CO2 từ malate và citrate, quá trình trao đổi chất arginine qua con đường khử arginine và quá trình khử

là tạo ra môi trường kỵ khí bởi việc thay thế sự tồn tại của phân tử oxygen, có thể làm giảm pH của môi trường nội bào và ngoại bào và hệ quả là sẽ làm phá vỡ

sự gây thối của vi khuẩn và nấm mốc

d) Khả năng kháng khuẩn của diacetyl và acetaldehyde

Diacetyl gây ra hoạt động kháng khuẩn, kháng lại nhiều loại vi khuẩn gây bệnh trong thực phẩm và những vi sinh vật gây thối Diacetyl có ảnh hưởng

kháng vi khuẩn Gram (-), nấm men và nấm mốc mạnh hơn vi khuẩn Gram (+) Diacetyl ở nồng độ cao (0.4mg/ml) cho hiệu quả kháng hầu hết vi sinh vật Motlagh và cộng sự (1991) thấy rằng khả năng kháng khuẩn của diacetyl ở nồng

độ 334ppm, có thể kháng lại các chủng Yersinia enterocolitica, Aeromonas hydrophila, E.coli và Samonella anatum nhưng không kháng Listeria

Acetaldehyde hình thành trong quá trình lên men dị hình carbohydrate của

vi khuẩn lactic Acetaldehyde đem lại mùi thơm đặc trưng cho yogurt Kulshrestha và Marth (1974) đã nghiêng cứu thấy rằng acetaldehyde (nồng độ

10-100 ppm) có thể kháng lại vi khuẩn gây bệnh trong thực phẩm như E coli, Samonella typhimurium và S aureus

e) Tổng hợp Bacteriocin

Trong dạ dày ruột chứa nhiều protein kháng vi sinh vật như colicin defensin, cecropin và mageinin Đây là những chất lưỡng cực có trọng lượng phân tử thấp, điện tích dương và có khả năng đông tụ các tế bào tạo ra chúng.Vi khuẩn lactic cũng tạo ra nhiều chất đối kháng tương tự các sản phẩm trao đổi chất, những chất giống chất kháng sinh và protein kháng khuẩn gọi chung là Bacteriocin Những chất kháng sinh này đặc trưng cho loài và hoạt động gây chết của chúng thông qua sự hấp thụ với những chất nhận chuyên biệt nằm trên

bề mặt ngoài của những vi khuẩn nhạy cảm, nó sẽ kéo theo sự thay đổi về quá trình trao đổi chất, đặc điểm sinh học và hình dạng tế bào Kết quả của những tác

động đó giết chết vi khuẩn Các loại Bacteriocin có phổ hoạt động, kiểu hoạt

động, trọng lượng phân tử, độ bền nhiệt, nguồn gốc gene và đặc tính sinh hóa khác nhau Bacteriocin có thể tạo ra liên tục hoặc giảm dần Các gene tạo ra Bacteriocin hầu hết nằm trên các plasmid trừ một vài ngoại lệ đã được mã hóa trên nhiễm sắc thể

* Bacteriocin là nhóm peptide hoặc protein được tổng hợp nhờ ribosome

và có hoạt tính kháng vi sinh vật nhờ các cơ chế

Hình 2.3: cơ chế kháng vi sinh vật của bacreiocin

- Bacteriocin class I (đại diện: nicin của Lactococcus lactic) gắn vào lớp

lipide II, ngăn cản sự vận chuyển các tiểu đơn vị peptidedoglycan từ tế bào chất đến vách tế bào Do đó ngăn sự tổng hợp vách tế bào hoặc do bám được vào lớp lipide II, các phân tử nicin tạo lỗ xuyên màng tế bào dẫn đến tiêu bào

- Bacteriocin class II (đại diện cho sakacin của Lactobacillus sake) là các

peptide lưỡng tính có khả năng xuyên màng tạo kênh / lỗ trên màng

- Lớp III (còn gọi là Bacteriolycin như lysostaphin) protein không bền

nhiệt tác động lên vách tế bào đích

2.1.6.3 Tác động miễn dịch

- Probiotics như là một phương tiện phân phát các phương tiện kháng nguyên cho đường ruột

- Đẩy mạnh sự báo hiệu cho tế bào chủ để giảm đáp ứng viêm

- Tạo đáp ứng miễn dịch để làm giảm dị ứng

- Kháng nguyên của probiotics kích thích tế bào niêm mạc ruột sản sinh kháng thể

2.1.6.4 Tác đông đến vi khuẩn đường ruột

Probiotics điều chỉnh thành phần cấu tạo của vi khuẩn đường ruột Sự sống sót của probiotics được tiêu hóa ở những phần khác nhau của bộ phận tiêu hóa thì khác nhau giữa các giống Khi tập trung ở khoang ruột chúng tạo nên sự cân bằng tạm thời của hệ sinh thái đường ruột, sự thay đổi này được nhận thấy vài ngày sau khi bắt đầu tiêu thụ thực phẩm probiotics, phụ thuộc vào công dụng, liều lượng của giống vi khuẩn Kết quả chỉ ra rằng với sự tiêu thụ thường xuyên, vi khuẩn định cư một cách tạm thời trong ruột, một khi chấm dứt sự tiêu thụ thì số lượng probiotics sẽ giảm xuống

Hình 2.4: Tác động chống ung thƣ ruột của probiotics

Probiotics còn có những tác động đến đường ruột như:

- Làm giảm pH của bộ phận tiêu hóa, gây cản trở cho hoạt động tiết enzyme của hệ vi sinh vật đường ruột

- Tạo sự cân bằng tạm thời của hệ sinh thái đường ruột Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào liều lượng và công dụng của giống vi khuẩn

- Vi khuẩn probiotics điều hòa hoạt động trao đổi chất của hệ vi sinh vật đường ruột

- Tăng sự dung nạp đường lactoza

- Giúp làm tăng vi khuẩn có lợi, làm giảm vi khuẩn có hại, giúp cân bằng

hệ vi sinh vật đường ruột

2.1.6.5 Tác động tăng khả năng hấp thụ thức ăn

- Tăng lượng thức ăn ăn vào và tăng khả năng tiêu hóa

- Probiotics tham gia vào sự trao đổi chất dinh dưỡng như các cacbohydrate, protein, lipid và khoáng

2.1.7 Vai trò của vi sinh vật probiotics

Probiotics có nhiều vai trò đối với cơ thể con người và động vật Chúng tác động lên đặc điểm sinh lý bên trong và bên ngoài ruột của vật chủ Chúng thường hiện diện trong hệ tiêu hóa và trong lớp màng nhầy tử cung của người và động vật Chúng có khả năng chuyển hóa thành acid lactic và acid acetic Đồng thời, chúng cũng có khả năng cân bằng hệ vi sinh vật trong đường ruột và âm đạo bằng cách làm giảm pH môi trường và sản sinh ra các chất có khả năng ngăn ngừa vi khuẩn gây hại Chúng hiện diện rất nhiều trong tự nhiên và có nhiều vai trò trong việc đem lại lợi ích cho người và động vật

Hình 2.5: Cơ chế tác động của probiotics trong đường ruột

2.1.7.1 Tác Động lợi ích về dinh dưỡng

Hiện nay các chủng probiotics đã được chứng minh có hiệu quả và được

sử dụng rộng rãi trong dinh dưỡng và điều trị là thuộc các loài thuộc tộc Lactobacillus, Bifidobacterium, Saccharosemyces như Lactosebacillus Acidophilus, L Casei, Bifidobacterium Lactis, Saccharosemyces bouladii (nấm

men)

Trợ giúp đắc lực cho hệ miễn dịch của ruột: vi khuẩn probiotics giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển và hoạt động của hệ miễn dịch niêm mạc ruột Nó giúp hệ miễn dịch ruột sản sinh kháng thể khi ruột nhiễm vi khuẩn bệnh (có 80% hệ miễn dịch của cơ thể nằm ở ruột)

Tiêu hóa hấp thu một số loại bột đường và chất xơ và biến nó thành nguồn năng lượng của cơ thể Ngoài ra, chúng còn sản xuất ra các vitamin, hấp thu các chất khoáng và loại bỏ các chất độc Vi khuẩn probiotics sản sinh vitamin K và nhóm B, kích thích hấp thu khoáng, chúng cũng được trợ giúp chuyển hóa và loại bỏ những chất độc

Mối liên quan giữa vi khuẩn probiotics với nguy cơ thừa cân, béo phì được chứng minh bằng một thí nghiệm thực hiện trên người thừa cân béo phì

cho uống sữa cấy vi khuẩn L Gasseri, chủng SB2005 trong vòng 12 tuần Kết

quả thí nghiệm cho thấy mỡ bụng người này đã giảm 4.6%, mỡ dưới da giảm 3.3% so với nhóm đối chứng (người béo phì không uống sữa cấy vi khuẩn) Cân nặng của những người thí nghiệm cũng giảm 1.4%, kích thước vòng eo giảm 1.8% (dẫn theo Nutralngredients.com)

Một nghiên cứu khác thấy rằng những người béo phì có số lượng vi khuẩn

thuộc họ Firmicute cao hơn 20% và họ vi khuẩn Bacteriodetes ít hơn 90% so với những người có cân nặng bình thường Vi khuẩn họ Firmicute giúp cơ thể chiết

rút cao calo của các phức đường và chuyển calo của các đường này thành mỡ

Thí nghiệm cấy vi khuẩn họ Firmicute vào cơ thể chuột có cân nặng bình thường