CHƯƠNG 6 MEN VI SINH – PROBIOTICS

Trong cơ thể con người, khu vực cư trú của các chủng vi khuẩn này là: • Lactobacillus: cư trú chủ yếu ở ruột non • Bifidobacterium: cư trú chủ yếu ở ruột già Trong số rất nhiều chủng thu

CHƯƠNG 6 MEN VI SINH – PROBIOTICS 6.1 Khái niệm về probiotics

Probiotics là tên gọi của một số chủng vi khuẩn sống, gram (+) Các chủng vi sinh này chủ yếu thuộc 02 giống Lactobacillus (thuộc nhóm lactic acid bacteria-LAB) & Bifidobacterium Chúng hiện diện phổ biến trong tự nhiên và được phân lập, làm sạch, nuôi cấy, cô đặc đến một nồng độ cao để sản xuất thành các chế phẩm thương mại hóa

để bổ sung vào các TPCN hoặc được sử dụng riêng biệt

Chúng tồn tại ở dạng cộng sinh trong hệ đường ruột và có chức năng sinh học cực

kỳ quan trọng của cơ thể Trong cơ thể con người, khu vực cư trú của các chủng vi khuẩn này là:

• Lactobacillus: cư trú chủ yếu ở ruột non

• Bifidobacterium: cư trú chủ yếu ở ruột già

Trong số rất nhiều chủng thuộc 02 giống nói trên, các chủng vi khuẩn được công nhận là probiotic phải thỏa mãn 03 yếu tố sau:

• Ngoài vai trò có lợi, chúng không có độc tính hoặc gây bệnh đối với cơ thể

• Chống chịu được độ acid cao của đường tiêu hóa

• Được chứng minh có lợi cho sức khỏe một cách rõ rang, khoa học

6.2 Tính chất chức năng & lợi ích đối với cơ thể

6.2.1 Tính chất chức năng:

Là nhóm vi khuẩn giúp chuyển hóa carbohydrate thành acid lactic (Lactobacillus); acid lactic, acid acetic (Bifidobacterium) làm tăng độ acid trong đường ruột, do đó các chủng vi khuẩn này còn được gọi là vi khuẩn lactic Chúng thường được gọi là nhóm

vi khuẩn có lợi (lợi khuẩn) Các nghiên cứu gần đây cho thấy, lợi ích của các vi khuẩn cho cơ thể ngày càng nhiều

Các chủng vi khuẩn probiotic ức chế chọn lọc nhóm vi khuẩn đường ruột xấu (ví

dụ nhóm vi khuẩn Clostridia thủy phân protein thành các hợp chất độc cho cơ thể) do nhóm vi khuẩn có lợi có ưu thế hơn nhóm vi khuẩn xấu trong môi trường acid, do đó tạo một môi trường lành mạnh cho hệ đường ruột của cơ thể Ngoài lợi ích trực tiếp này, probiotic còn có các vai trò sau:

• Ngăn chặn sự xâm nhập cơ thể của các VSV gây hại

• Ngăn chặn, kết hợp, ức chế, phân hủy các tiền chất độc, gây ung thư cho cơ thể

• Làm giảm hoạt lực của các enzym xúc tác các quá trình trao đổi chất gây hại

• Sản sinh một số tác nhân sinh học hỗ trợ cho hệ miễn dịch

• Lên men chọn lọc chất xơ hòa tan (prebiotics) để tạo thành SCFAs, là các hợp chất chức năng tốt cho cơ thể (xem Chương 2)

6.2.2 Lợi ích đối với cơ thể

• Giúp chuyển hóa lactose trong sữa cho người sử dụng sữa nhưng không thể dung nạp được lactose (được gọi là “Hội chứng không dung nạp đường lactose”)

• Giảm nguy cơ ung thư ruột kết

• Giảm cholesterol xấu LDL (low density lipoprotein)

• Tăng cường hệ thống miễn dịch & ngăn ngừa viêm, nhiễm trùng

• Cân bằng hệ vi sinh đường ruột cho bệnh nhân đang điều trị kháng sinh

• Hỗ trợ điều trị tiêu chảy

• Tăng cường hấp thu một số khoáng chất vi lượng

• Tăng cường hấp thu & tổng hợp một số vitamin nhóm B

Các vai trò, chức năng, lợi ích của probiotic được các nhà khoa học mô hình hóa

và trình bày ở hình 6.1

6.3 Nguồn cung cấp & các khuyến cáo sử dụng

6.3.1 Nguồn cung

Probiotics, trong thực tế, không được cung cấp cho cơ thể ở dạng thực phẩm tự nhiên mà phải qua một số quá trình phân lập, làm sạch, nuôi cấy…Hiện nay, chế phẩm probiotics được cung cấp chủ yếu ở 3 dạng:

• Thực phẩm có bổ sung sinh khối vi khuẩn dạng cô đặc, dạng bột

• Thực phẩm lên men (sữa chua thường, sữa chua uống)

• Sản phẩm chứa một lượng cao các tế bào vi khuẩn được sấy khô, đóng gói dạng viên, gói

6.3.2 Khuyến cáo sử dụng:

Trước đây, không có liều lượng cụ thể nào được khuyến cáo Tuy nhiên trong vài năm gần đây, các nhà khoa học khuyến cáo nên sử dụng lượng probiotics trong khoảng 108–109 cfu/người/ngày

Điều quan trọng là chọn đúng các chủng vi khuẩn đã được nghiên cứu & chứng minh thực sự có ích cho sức khỏe (trong cùng một loài, các chủng có thể có các lợi ích khác nhau) Nhìn chung các chủng có khả năng chống chịu được độ acid cao là những chủng có tính khả thi, có tính thương mại cao để sản xuất các TPCN

Đối với chế phẩm tế bào vi khuẩn sấy khô: độ tinh sạch, tỷ lệ vi khuẩn sống ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sử dụng

Hình 6.1 Mô hình tổng hợp các lợi ích của probiotics đối với sức khỏe

6.3.3 Các chủng vi khuẩn probiotic đã được chứng minh có lợi cho sức khỏe:

Bảng 6.1 Các vi khuẩn probiotic thuộc giống Lactobacillus

L acidophilus DDS-1 L casei Shirota

L acidophilus NCFM L plantarum 299v

L acidophilus LA02 L plantarum LP01

L acidophilus R0052 L rhamnosus GG, LGG

L acidophilus T20 L rhamnosus GR-1

L bulgaricus LB-51 (supreme strain) L rhamnosus HN001, DR20

L casei DN-114 0 L rhamnosus 19070-2

L rhamnosus R0011, Rosell-11

Bảng 6.1 Các vi khuẩn probiotic thuộc giống Lactobacillus

B animalis DN-173 010 B infantis NLS Super Strain

B bifidum Malyoth Super Strain B lactis Bb-12

B breve BR03 B lactis HN019, DR10

B breve C50 B longum BB536, BB356

B breve Yakult, BBG B breve YIT4064

B infantis 35624

CHƯƠNG 7 ACID BÉO KHÔNG NO ĐA NỐI ĐÔI

(Polyunsaturated fatty acids-PUFAs)

7.1 Khái niệm về PUFAs

Acid béo không no đa nối đôi-PUFAs là các acid béo mạch dài hoặc ngắn (từ 16 đến 24 carbon), có từ 02 nối đôi trở lên Ngoài chức năng sinh năng lượng của chất béo, các acid béo này còn có hoạt tính sinh học đặc biệt quan trọng trong hoạt động sống của cơ thể Ở trạng thái tự nhiên, hầu hết các PUFAs ở cấu hình –cis- và có trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ thường PUFAs có càng nhiều nối đôi, nhiệt độ nóng chảy của chúng càng thấp

7.2 Phân loại PUFAs:

Về mặt phân loại, PUFAs được phân thành 2 nhóm:

Nhóm 1: Acid béo không no thiết yếu (essential fatty acids-EFAs)

Gồm 2 hợp chất:

• alpha-linolenic acid (omega-3 fatty acid)

• linoleic acid (omega-6 fatty acid)

EFAs là các acid béo mạch ngắn, chuỗi có 18 carbon, gọi là SC-PUFAs (short chain-PUFAs) Cơ thể người không thể tổng hợp được 2 loại acid béo này, nên con người phải đưa vào cơ thể bằng đường thực phẩm Do đó, trước đây, nhóm này còn được gọi là vitamin F với ý nghĩa chúng là các yếu tố sống còn cho sự sống

Nhóm 2: Acid béo không no không thiết yếu (non-essential fatty acids-EFAs)

Tuy có hoạt tính sinh học quan trọng nhưng về mặt nguyên tắc, cơ thể có thể tổng hợp được từ 2 loại acid béo thiết yếu ở trên Về mặt cấu tạo, chúng thường có chuỗi carbon dài(≥ 20 carbon), nên còn được gọi là LC-PUFAs (long chain-PUFAs)

Ngoài cách phân loại truyền thống nêu trên, hiện nay người ta chủ yếu phân loại các PUFAs theo :

• ω-3 (hoặc n-3) fatty acids

• ω-6 (hoặc n-6) fatty acids

Trong những năm gần đây, giới khoa học đã có bằng chứng về các lợi ích quan trọng cho sức khỏe của nhóm acid béo không no ω-9

Trong số các PUFAs, các hợp chất sau đây là thuộc nhóm quan trọng nhất:

Nhóm ω-3 fatty acids:

• Eicosapentaenoic acid - EPA (20:5)*

• Docosahexaenoic acid - DHA (22:6)*

Nhóm ω-6 fatty acids:

• Gamma-linolenic acid - GLA (18:3)*

• Dihomo-gamma-linolenic acid - DGLA (20:3)*

• Arachidonic acid - AA (20:4)*

Phần trong ngoặc có dấu (*) có nghĩa như sau:

Chữ số đầu: Số carbon của chuỗi acid béo

Chữ số sau: Số nối đôi trong chuỗi acid béo

Trong thực tế hiện nay, cách phân loại acid béo thiết yếu-không thiết yếu chỉ mang tính hình thức vì nó dường như không phản ảnh được vai trò quan trọng của các acid béo không thiết yếu Do tính chất sinh học quan trọng và ý nghĩa thực tế của cụm từ

“thiết yếu”, người ta vẫn xem các PUFAs nói trên là các EFA

Cách phân loại ω-3 (n-3) & ω-6 (n-6)

Cấu tạo của acid béo stearidonic (18:4) trong Hình 7.1 được dùng để làm ví dụ cho cách phân loại, gọi tên theo ω như sau:

• Đầu mút của chuỗi acid béo được gọi là vị trí carbon ω

• Đếm từ vị trí carbon ω đến khi gặp nối đôi đầu tiên, nếu nguyên tử carbon ở nối đôi có số thứ tự 3 hoặc 6 hoặc 9 thì được gọi là ω-3 hoặc ω-6 hoặc ω-9 (hình 7.1)

Hình 7.1 Cách phân loại ω-3 hoặc ω-6 hoặc ω-9 của các chuỗi acid béo đa nối đôi

Do đó, theo cách phân loại này, acid stearidonic là loại acid béo được gọi là ω-3

Bảng 7.1: Các loại acid béo PUFAs (ω-3/n-3) có hoạt tính quan trọng trong cơ thể

Bảng 7.2: Các loại acid béo PUFAs (ω-6/n-6) có hoạt tính quan trọng trong cơ thể

7.3 Tính chất chức năng & lợi ích đối với cơ thể

PUFAs có nhiều vai trò và lợi ích đặc biệt quan trọng cho cơ thể, trong đó nhiều lợi ích đã được chứng minh và được công nhận từ lâu Một số các lợi ích đó như sau:

• Cải thiện hiệu quả bệnh tim mạch

• Có hiệu quả rõ rệt trong hỗ trợ điều trị suy nhược

• Giảm nguy cơ hình thành khối u tuyến tiền liệt

• Chúng là thành phần quan trọng cấu tạo nên tế bào não, đặc biệt đối với trẻ nhỏ từ 0-2 tuổi

Tuy nhiên, trong khẩu phần ăn, nếu tỷ lệ nhóm acid béo ω-6 quá cao so với nhóm acid béo ω-3 (lên đến 10/1) thì không có lợi cho sức khỏe

Ngoài ra, một vấn đề hết sức quan trọng là khả năng tạo ra cấu hình dạng trans khi các acid béo không no trải qua quá trình chế biến nhiệt độ cao (chiên, xào ) hoặc sự hydrogen hóa Những năm gần đây, khoa học đã có nhiều bằng chứng về tác hại của chất béo dạng trans cho hệ tim mạch

7.4 Nguồn cung trong tự nhiên

Acid béo không no nhiều nối đôi có phổ biến trong các nguyên liệu thực phẩm tự nhiên, đặc biệt các sản phẩm cá chứa một lượng đáng kề ω-3 Do đó người ta thường chiết xuất lượng acid béo này để sản xuất viên TPCN dầu cá, được sử dụng phổ biến tại VN và trên thế giới Ngoài ra, nhiều thực phẩm khác cũng chứa lượng đáng kể acid béo không no nhiều nối đôi như sau:

• Các loại cá (cá Hồi - 2.5 g/100 g)

• Lúa mì nguyên hạt (0.8 g/100 g, có trong lớp cám của hạt)

• Bơ đậu phộng (14.2 g/100 g)

• Magarine (24 g/100 g, loại này có thể chứa một số loại chất béo dạng trans do

nó bị trải qua quá trình hydrogen hóa)

• Hạt Hướng dương

• Hạt gai dầu

• Dầu mè

CHƯƠNG 8 ACID AMIN, PEPTIDE, PROTEIN SINH HỌC 8.1 Khái quát

8.1.1 Acid amin

Acid amin là hợp chất đạm đơn giản nhất Về cấu trúc hóa học, chúng có chứa chức amin & chức acid Trong tự nhiên, người ta xếp 20-22 acid amin cơ bản, cấu tạo nên các peptide và protein, gồm: tryptophan, isoleucine, leucine, lysine, threonin, methionine, cysteine, phenylalanine, tyrosine, valine, arginine, asparagine, alanine, glutamine, acid glutamic, acid aspartic glycine, proline, serine, taurine

Trong 20-22 acid amin, có 8 acid amin mà cơ thể không thể tổng hợp được nên chúng được gọi là các acid amin thiết yếu, gồm: tryptophan, isoleucine, leucine, lysine, threonin, methionine, phenylalanine, valine

8.1.2 Peptide

Peptide là một polymer mạch ngắn của các acid amin (thường nhỏ hơn 50 gốc acid amin) được nối với nhau bằng liên kết peptide Các chuỗi peptide là các thành phần để xây dựng đại phân tử protein có các cấu trúc hóa học khác nhau

Tùy theo vị trí tạo ra peptide mà chúng được chia thành 02 loại:

• Nội sinh (endogenous): Peptide được tạo ra do protein bị thủy phân khi đi vào

cơ thể

• Ngoại sinh (exogenous): Peptide được tạo ra từ protein bằng các quá trình chế biến thực phẩm bên ngoài cơ thể, ví dụ như sự lên men, thủy phân

8.1.3 Protein và protein sinh học:

Protein nói chung là các hợp chất polymer được cấu tạo từ các gốc acid amin cơ bản tương tự như peptide nhưng với mức độ lớn hơn rất nhiều Chúng có thể bao gồm nhiều chuỗi polypeptide (peptide lớn) nối với nhau bằng các cấu trúc bậc cao (bậc 2,3,4), tạo ra kích thước và các hình thái không gian khác nhau

Protein sinh học là các hợp chất, ngoài giá trị dinh dưỡng như cung cấp acid amin

và cung cấp năng lượng, chúng còn có vai trò, chức năng sinh học quan trọng trong việc phòng ngừa bệnh tật, giúp cơ thể thoải mái do cấu trúc đặc biệt của nó Vì vậy, các protein này được xem là các nguyên liệu chức năng trong các sản phẩm TPCN Trong tự nhiên, các nguồn nguyên liệu chứa protein sinh học (từ đó có thể tạo ra acid amin, peptide sinh học quan trọng), là:

• Protein sữa (được xem là nguồn đạm peptide sinh học quan trọng nhất hiện nay về mặt sản phẩm thương mại hóa)

• Protein từ sữa lên men

• Protein từ sữa non (colostrum)

• Protein từ đậu nành

• Protein từ trứng

• Protein từ cám gạo

• Protein từ mô cơ, colagen của cá

• Protein từ đậu, khoai tây, lúa mì

8.2 Sự oxy hoá & hoạt tính chống oxy hoá

Khi xuất hiện ROS (reactive oxygen species – các dạng gốc tự do chứa oxy dễ phản ứng), cơ thể bị mất cân bằng trạng thái oxy hoá khử, gọi đơn giản là sự oxy hóa trong cơ thể Khi ROS được tạo ra, chúng dễ dàng kết hợp với các protein, lipid của các enzym, màng tế bào, AND và làm vô hoạt, hư hại chúng Theo quan điểm y học hiện đại, các nhà khoa học cho rằng quá trình oxy hoá này, ngoài việc gây nên sự lão hóa nói chung cho cơ thể, nó còn có thể gây các bệnh mãn tính về tim mạch, ung thư, tiểu đường

8.3 Cấu trúc của các peptide sinh học

Một trong những chức năng đặc biệt quan trọng của các chất đạm sinh học là khả năng chống oxy hóa của chúng Các protein, peptide chứa các gốc acid amine như histidine, cysteine, methionine, tyrosine, trp, lys được xác định là có tính chống oxy hoá cao

Ở trong trạng thái tự nhiên, nhiều protein có hoạt tính chống oxy hoá không cao là

do các đoạn peptide chứa các acid amin này bị giấu ở trong cấu trúc không gian của protein tự nhiên Vì vậy các protein sở hữu các đoạn peptide có hoạt tính sinh học (chống oxy hoá), được giải phóng ra trong quá trình tiêu hoá protein trong cơ thể (gọi

là peptide nội sinh) cũng như chúng được tạo ra từ sự thuỷ phân protein bằng VSV, enzym hay tổng hợp hoá học (gọi là peptide ngoại sinh)

Hoạt tính chống oxy hoá của các peptide phụ thuộc vào độ lớn & sự phân bố các acid amin trong peptide đó Người ta đã khảo sát và chứng minh được nhiều đoạn peptide có hoạt tính chống oxy hóa như trình bày trong bảng 8.1

Khi thủy phân protein để thu nhận peptide, người ta nhận thấy loại và hoạt tính chống oxy hoá của các peptide phụ thuộc vào nguồn gốc protein, loại enzyme sử dụng

để thủy phân (enzyme đặc hiệu để xúc tác thủy phân đặc hiệu, điều kiện thủy phân (nhiệt độ, thời gian, pH, nồng độ cơ chất )

Các peptide có hoạt tính sinh học, đặc biệt là hoạt tính chống oxy hoá, thường có mạch ngắn (2-10 gốc aa, gọi là oligopeptides)

Bảng 8.1 Thứ tự acid amin trong các peptide sinh học của một số thực phẩm

Nguồn Protein & Peptide Thứ tự acid amin trong dãy Peptide

β - Conglycinin (đậu nành) Leu - Leu - Pro - His – His

Yellowfish sole (lên men) Arg - Pro - Asp - Phe - Asp - Leu - Glu -

Pro - Pro – Tyr Sữa (lên men) Val - Leu - Pro - Val - Pro - Gln – Lys

β - Lactoglobulin (sữa) Trp - Tyr - Ser - Leu - Ala - Met – Ala

Peptide tổng hợp Phe - His - Lys - Ala - Leu – Tyr

8.4 Lợi ích của acid amin, peptide, protein sinh học đối với sức khoẻ:

8.4 1 Lợi ích của acid amin sinh học:

Các amin sinh học là nguyên liệu để cơ thể tổng hợp nên các hoạt chất sinh học như chất dẫn truyền thần kinh, các hormone, chất trung gian trong các quá trình trao đổi chất Chúng có một số chức năng sinh học quan trọng, ví dụ:

• Acid glutamic, gamma-amino butyric acid: chống suy nhược thần kinh, thải các chất độc trong quá trình hoạt động não bộ

• Cystein: giải độc gan, làm đẹp da & tóc

• Arginine, methionine: điều hoà chức năng gan, giải độc & bảo vệ tế bào gan

• Histidine, prolin, methionine, tryptophan, taurine : chống oxy hoá

8.4.2 Lợi ích của peptide, protein sinh học đối với sức khoẻ:

• Chống oxy hoá, vô hiệu các gốc tự do

• Chống cao huyết áp

• Chống viêm

• Chống thoái hoá protein (gây ra bệnh Alzheimer, Parkinson )

• Ngăn ngừa ung thư

• Điều chỉnh hệ miễn dịch