ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG CỦA BACILLUS TRONG MEN TIÊU HOÁ

Tất cả các nguyên nhân đó dẫn tới hệ tiêu hóa của chúng ta bị rối loạn với các biểu hiện như: táo bón, tiêu chảy, đầy hơi, đau quặn thắt ruột… Các biểu hiện trên nếu không được quan tâm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KTMT

Mục lục

Lời mở đầu

I Giới thiệu chung về vi khuẩn Bacillus

1 Đặc điểm cấu tạo của chủng Bacillus

2 Vai trò của Bacillus trong men tiêu hóa

II Một số vi khuẩn Bacillus điển hình

1 Bacillus subtilis

1.1 Lịch sử phát triển của vi khuẩn Bacillus subtilis

1.2 Đặc điểm phân loại, phân bố

1.3 Đặc điểm hình thái-cấu tạo-quá trình sinh trưởng

1.4 Đặc điểm sinh sản-hình thành bào tử

1.5 Ứng dụng

1.6 Mở rộng về cách nuôi cấy Bacillus subtilis

2 Bacillus clausii

2.1 Đặc điểm hình thái – cấu trúc - quá trình sinh trưởng

2.2 Đặc điểm sinh sản- hình thành bào tử

2.3 Ứng dụng

2.4 Các nghiên cứu về ứng dụng của Bacillus clausii

3.Bacillus coagulans

3.1 Đặc điểm hình thái – cấu trúc

3.2 Đặc điểm sinh trưởng, sinh sản

3.3 Ứng dụng

3.4 Ưu điểm của Bacillus coagulans để ứng dụng trong men tiêu hóa

3.5 Lợi ích của Bacillus coagulans trong cải thiện sức khỏe con người

III Kết Luận và Thu Hoạch

1.Kết luận:

2.Thu hoạch

IV Tài liệu tham khảo

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ vi sinh đóng một vai trò rất quan trọng ở đuờng tiêu hóa Ở đại tràng có khoảng 400-500 loại vi khuẩn khác nhau Chúng ngoài việc tham gia vào khâu cuối cùng của quá trình tiêu hóa còn đảm nhiệm chức năng bảo vệ đại tràng

Tuy nhiên, trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta có thể vô tình sử dụng đồ ăn, nước uống bị nhiễm khuẩn, hóa chất độc hại như thuốc trừ sâu, chất bảo quản, hóa chất độc hại bị cấm sử dụng như fomanđehit, hàn the, sudan,…,cùng với nó

là áp lực của cuộc sống, sẽ dẫn tới stress làm suy giảm hệ miễn dịch, tăng tiết axit dạ dày Tất cả các nguyên nhân đó dẫn tới hệ tiêu hóa của chúng ta bị rối loạn với các biểu hiện như: táo bón, tiêu chảy, đầy hơi, đau quặn thắt ruột… Các biểu hiện trên nếu không được quan tâm và xử lý tốt sẽ dẫn tới các bệnh về tiêu hóa như viêm ruột, viêm đại tràng, đau dạ dày, khiến chúng ta khó chịu, gây mệt mỏi, gầy yếu, giảm sút khả năng lao động, làm giảm chất lượng cuộc sống, để lâu sẽ dẫn tới suy dinh dưỡng và thậm chí ung thư, nguy hiểm đến tính mạng

Ngay từ thế kỷ 18, các nhà khoa học Pháp đã phát hiện ra rằng trong hệ tiêu hóa con người tồn tại 2 dạng vi sinh vật có lợi và có hại:

 Các chủng vi sinh vật có hại sẽ làm hệ tiêu hóa của chúng ta bị bệnh như tiêu chảy, đau và ung thư dạ dày,…

 Các chủng vi sinh vật có lợi sống cộng sinh trong hệ tiêu hóa (chủ yếu tại ruột non) sản sinh ra các Enzym giúp cho thức ăn được tiêu hóa, đồng thời nó cạnh tranh môi trường sống của vi sinh vật có hại, giúp cơ thể chống lại các vi sinh vật có hại Các vi khuẩn này có nhiệm vụ biến đổi chất xơ thực phẩm, thức ăn chưa tiêu hóa hết ở ruột non thành acid lactic, acetic, butyric, hàng loạt vitamin, axit amin, men, hocmon

và các chất dinh dưỡng quan trọng khác Nó cũng sinh ra các khí như NH3, CO2, H2S… Quá trình biến đổi đó gọi chung là quá trình lên men, mà nhờ đó, thức ăn được tiêu hóa hoàn toàn

Sau này người ta mới phân lập được các chủng vi sinh vật có lợi này, tạo thành

các chế phẩm để hỗ trợ, cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột Các chế phẩm này chính

là các men tiêu hóa sống Chính vì vậy mà men tiêu hóa sống là sự trợ giúp kỳ diệu với các rối loạn tiêu hóa Nó làm cân bằng và tăng sức mạnh của hệ tiêu hóa mà hầu như không gây tác dụng phụ

Trong đó, giống Bacillus phân bố rất rộng trong tự nhiên, nhất là trong đất,

chúng tham gia tích cực vào sự phân hủy vật chất hữu cơ nhờ vào khả năng sinh nhiều loại enzym ngoại bào Đa số các enzym ngoại bào này là những enzym thuỷ phân các phân tử hữu cơ lớn Chính vì thế vi khuẩn này có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp sản xuất chấy tẩy rửa , công nghiệp thực phẩm - bánh kẹo

- đồ uống, công nghiệp dược phẩm , công nghiệp thuộc da , công nghiệp dệt , và trong

xử lý chất thải …

Bacillus được tìm thấy gần 500 loài, là vi khuẩn hình que, gram dương, sinh

trưởng hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc, tất cả đều hình thành nội bào tử Do sự

đa dạng sinh thái và loài nên các hoạt chất của chúng cũng rất phong phú Các ứng dụng của chúng bao trùm hàng loạt lĩnh vực, từ sản xuất thực phẩm thủ công truyền thống đến công nghệ lên men hiện đại, đến sinh học phân tử, y-dược học chữa các bệnh hiểm nghèo, mỹ phẩm, xử lý môi trường ô nhiễm, thu hồi bạc kim loại từ các phế liệu

Một số loài thuộc nhóm vi khuẩn Bacillus như: B subtilis, B clausii B niger,

B pumilis, B panis, B vulgarus, B nigrificans, … đã được ứng dụng để cải thiện sức

khỏe, tăng cường các phản ứng miễn dịch và cải thiện môi trường Khả năng sinh các enzym phân hủy các hợp chất hữu cơ và kiểm soát sự phát triển quá mức của vi sinh vật gây bệnh (Vibrio) giữ cho môi trường luôn ở trạng thái cân bằng là đặc tính nổi trội của nhóm vi khuẩn này Chính vì lẽ đó nên đã có ngày càng nhiều các nghiên cứu

sâu về chi Bacillus này cũng như mở rộng ứng dụng của chúng đối với đời sống con

nguời

Nhận thức được tầm quan trọng của men tiêu hóa và tiềm năng của việc ứng

dụng chủng Bacillus trong lĩnh vực này nên nhóm em chọn đề tài tiểu luận là “Ứng dụng của Bacillus trong men tiêu hóa”.

I Giới thiệu chung về vi khuẩn Bacillus :

1 Đặc điểm cấu tạo của chủng Bacillus:

Bacillus là một chi gồm các vi khuẩn hình que, Gram dương, hầu hết có khả

năng chuyển động, sinh trưởng hiếu khí hoặc kị khí không bắt buộc, tất cả đều hình thành nội bào tử

Khả năng hình thành nội bào tử là một trong những đặc điểm quan trọng nhất

của chi Bacillus Nội bào tử không hình thành trong suốt quá trình sinh trưởng và

phân chia tế bào Chúng thường được hình thành khi tế bào đã vượt qua pha log trong sinh trưởng hoặc là khi môi trường đã cạn kiệt nguồn dinh dưỡng Thường thì một tế bào sinh dưỡng chỉ hình thành một nội bào tử Bào tử trưởng thành không có quá trình

trao đổi chất Nhờ khả năng sinh bào tử nên vi khuẩn Bacillus có thể tồn tại trong thời

gian rất dài dưới các điều kiện khác nhau và rất phổ biến trong tự nhiên nên có thể phân lập từ rất nhiều nguồn khác nhau như đất, nước, trầm tích biển, thức ăn, sữa, nhưng chủ yếu là từ đất nơi mà đóng vai trò quan trọng trong chu kỳ C và đất là nơi chúng tham gia tích cực vào sự phân hủy chất hữu cơ nhờ vào khả năng sinh nhiều

loại enzym ngoại bào Chính vì Bacillus thường xuyên có mặt trong đất mà

Winogradsky đã gọi chúng là các vi khuẩn của đất Về dinh dưỡng và sinh trưởng

nhìn chung Bacillus là những vi khuẩn hóa tự dưỡng hữu cơ tùy tiện có khả năng sử

dụng nhiều hợp chất hữu cơ đơn giản như là các đường, axit amin, các axit hữu cơ Trong một số trường hợp chúng lên men cacbonhydrat thông qua chuỗi các phản ứng

phức tạp tạo ra glycerol và butanediol Một số ít loài như Bacillus megaterium lại

không cần đến các yếu tố sinh trưởng hữu cơ, một số khác sinh trưởng lại cần có vitamin B hoặc các axit amin

Phần lớn Bacillus là các vi khuẩn ưa ấm với nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 30 –

45oC một số loài có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 65oC Một số loài ưa lạnh có thể sinh trưởng và hình thành nội bào tử ở 0oC; pH sinh trưởng của Bacillus rất khác nhau từ 2

-11, đa số ở pH=7

2 Vai trò của Bacillus trong men tiêu hóa:

Probiotics -Men vi sinh là gì?

- Men vi sinh probiotics là tổ hợp một hoặc nhiều loại vi sinh sống khác nhau có lợi cho sức khoẻ con người

- Probiotic theo tiếng la tinh Pro- có nghĩa là cho, biotic - có nghĩa là sự sống Probiotic có nghĩa là cho sự sống

Các chủng dùng sản xuất Probiotic hiện nay gồm: Bacillus subtilis; Bacillus polyfermenticus; Bacillus coagulant; … Ngoài nhóm vi khuẩn sữa, các loại khác được

phân lập từ ruột động vật ăn cỏ, đất, các thực phẩm chế biến từ nông sản Chúng đều được chứng minh là vô hại, có lợi cho sức khoẻ

Men vi sinh hỗ trợ tiêu hoá như thế nào?

Sau khi trẻ em sinh ra 1 giờ là đã có một hệ vi sinh trong đường ruột Người lớn

có một hệ vi sinh đa dạng gọi là "vi khuẩn chí - microflora" là những vi khuẩn cộng sinh trên da, toàn bộ bề mặt đường tiêu hoá; phía ngoài hệ tiết niệu-sinh dục

Hệ khuẩn chí vi sinh đường ruột bình thường là thành phần hội sinh không thể thiếu được của bất kỳ một người bình thường nào Hệ này giúp tiêu hoá thức ăn của con người cùng với dịch vị dạ dày, men (enzym) của các tuyến như túi mật, tuỵ tạng tiết vào đường ruột để tiêu hoá đạm, đường mỡ, vitamin Các vi khuẩn này cũng tạo ra một lượng vitamin nhóm B cần thiết cho cơ thể

II Một số vi khuẩn Bacillus điển hình:

1 Bacillus subtilis:

1.1 Lịch sử phát triển vi khuẩn Bacillus subtilis:

Bacillus subtilis được phát hiện lần đầu tiên trong phân ngựa (1941) bởi tổ chức

y học Nazi của Đức Lúc đầu, chủ yếu được sử dụng để phòng bệnh lị do các bác sĩ Đức chiến đấu ở Bắc Phi

Việc sử dụng để điều trị bệnh phải đợi đến những năm 1949 – 1957 khi Henrry,

Albot và các cộng sự tách được các chủng thuần khiết của Bacillus subtilis Từ đó,

“subtilistherapie” có nghĩa là thuốc subtilin ra đời trị các chứng viêm ruột, viêm đại tràng, chống tiêu chảy do rối loạn tiêu hóa

Ngày nay, vi khuẩn Bacillus subtilis trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi

trong chăn nuôi, y học, thực phẩm…

1.2 Đặc điểm phân loại, phân bố :

b) Đặc điểm phân loại:

Vi khuẩn Bacillus subtilis thuộc:

Vi khuẩn Bacillus subtilis thuộc nhóm vi sinh vật bắt buộc ở đường ruột, chúng

được phân bố hầu hết trong tự nhiên như: cỏ khô, bụi, đất nước…

Phần lớn chúng tồn tại trong đất, thông thường đất trồng trọt chứa khoảng 10 –

100 triệu CFU/g Đất nghèo dinh dưỡng ở sa mạc, đất hoang thì Bacillus subtilis rất

hiếm Nước và bùn ở cửa sông cũng như nước biển có sự tồn tại của bào tử và tế bào

dinh dưỡng Bacillus subtilis.

1.3 Đặc điểm hình thái – cấu tạo - quá trình sinh trưởng:

Bacillus subtilis, hay còn gọi là trực khuẩn là một loại vi khuẩn Gram dương, thường được tìm thấy trong đất, thuộc chi Bacillus, B subtilis hình que, có khả năng

chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ tối ưu là 25-35oC

Bacillus subtilis là vi khuẩn nhỏ, hai đầu tròn, G+, kích thước 0,5 – 0,8 µm x 1,8 – 3 µm, đứng thành chuỗi ngắn hoặc đơn lẻ, di động, 8 – 12 lông

Sinh bào tử nhỏ hơn vi khuẩn và nằm giữa tế bào, kích thước từ 0,8 – 1,8 µm.Phát triển bằng cách nãy mầm do sự nứt bào tử, không kháng acid, có khả năng chịu nhiệt, chịu ẩm, tia tử ngoại, tia phóng xạ…

Thành tế bào là một cấu trúc vững chắc bên ngoài tế bào Nó bao gồm peptidoglycan, polymer của các loại đường và axit amin Peptidoglycan được tìm thấy

ở vi khuẩn được gọi là murein Các thành phần khác mở rộng từ murein teichoic axit, các axit lipoteichoic, và protein Thành tế bào tạo thành rào cản giữa môi trường và tế bào vi khuẩn Nó cũng chịu trách nhiệm cho việc duy trì hình dạng của tế bào và chịu được áp lực cao

Không giống như nhiều loài khác , B subtilis đã được phân loại như là một vi

khuẩn hiếu khí bắt buộc, mặc dù nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng điều này là

không hoàn toàn chính xác B subtilis có khoảng 4.100 gen Trong số này, chỉ có 192

gen là không thể thiếu Một phần lớn của các gen thiết yếu được phân loại trong các lĩnh vực chuyển hóa tế bào, với khoảng một nửa liên quan đến xử lý thông tin, còn lại liên quan đến sự tổng hợp của biểu bì tế bào, xác định hình dạng tế bào và phân chia, một phần mười có liên quan đến năng lượng tế bào

1.4 Đặc điểm sinh sản-hình thành bào tử:

B subtilis có thể phân chia đối xứng để cho hai tế bào con (phân hạch nhị phân),

hoặc không đối xứng, sản xuất một đơn bào tử có thể duy trì trong nhiều thập kỷ và có khả năng kháng các điều kiện môi trường không thuận lợi như bức xạ, độ mặn, pH cực và dung môi Bào tử được hình thành vào những thời điểm khó khăn về dinh dưỡng, cho phép các sinh vật tồn tại trong môi trường cho đến khi điều kiện trở nên thuận lợi Trước khi đến quá trình hình thành bào tử các tế bào có thể trở cử động dể dàng bằng cách sản xuất roi

1.5 Ứng dụng:

• Các enzym được sản xuất bởi B subtilis và B licheniformis sử dụng rộng rãi

làm chất phụ gia trong chất tẩy rửa giặt ủi

•Một dòng của B subtilis trước đây gọi là Bacillus Natto được sử dụng trong

sản xuất thực phẩm Nhật Bản, cũng như tương tự như món ăn Hàn Quốc cheonggukjang

•B subtilis có một hoạt động tự nhiên diệt nấm, và được sử dụng như một tác

nhân kiểm soát sinh học

•Nó được phổ biến trên toàn thế giới như một tác nhân để hỗ trợ điều trị các bệnh đường tiêu hóa và tiết niệu Nó vẫn còn được sử dụng rộng rãi ở Tây Âu và Trung Đông như là một loại thuốc thay thế kháng sinh

•Nó có thể chuyển đổi (phân hủy) một số vật liệu nổ thành các hợp chất nitơ vô hại, carbon dioxide và nước

•Tính chất bề mặt ràng buộc của nó đóng một vai trò quan trọng trong xử lí chất thải hạt nhân phóng xạ an toàn (ví dụ như thori (IV) và plutonium (IV))

•Được sử dụng trong sản xuất polyhydroxyalkanoates (PHA), và chất thải mạch nha có thể được sử dụng như là nguồn carbon của họ đối với sản xuất thấp hơn chi phí PHA

•Sử dụng để sản xuất amylase

•Sử dụng để sản xuất axit hyaluronic trong khu vực công ty chăm sóc y tế

•Nó có thể cung cấp một số lợi ích cho người trồng nghệ tây, đẩy mạnh tăng trưởng và tăng năng suất sinh khối

•Do protease kiềm từ Bacillus được tạo thành với lượng lớn, có đặc tính bền

vững, họat động tốt với nhiệt độ và pH cao nên chúng được ứng dụng ở nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: xử lí phim X-quang đã qua sử dụng để nhằm thu hồi bạc, làm nước mắm cá, xử lí chất thải từ động vật giáp xác, xử lí rác thải trong các lò mổ gia cầm

1.6 Mở rộng về cách nuôi cấy Bacillưs subtilis:

a) Đặc điểm nuôi cấy:

Điều kiện phát triển: hiếu khí, nhiệt độ tối ưu 37oC

Nhu cầu O2: Bacillus subtilis là vi khuẫn hiếu khí có khả năng phát triển trong môi trường thiếu oxy

Độ pH: Bacillus subtilis thích hợp nhất với pH = 7,0 – 7,4.

• Môi trường thạch đĩa TSA: khuẩn lạc có dạng hình tròn, rìa răng cưa không đều, có tâm sẩm màu, phát triển chậm, màu vàng xám, đường kính 3 – 5mm Sau 1 – 4 ngày bề mặt nhăn nheo màu hơi sẩm

• Môi trường thạch nghiêng TSA: dễ mọc tạo thành màu xám, rìa gợn sóng

• Môi trường canh TSB: Bacillus subtilis phát triển làm đục môi trường,

tạo màng nhăn, lắng cặn kết lại như vẩn mây ở đáy, khó tan đều khi lắc lên

• Dinh dưỡng cần các nguyên tố C, H, O, N và các nguyên tố khác

b) Đặc điểm sinh hóa:

Lên men không sinh hơi các loại đường: glucose, maltose, manitol, saccharose, xylose, arabinosse

Indol (-), nitrate (-), VP (+), H2S (-), NH3 (+), catalase (+), amylase (+), casein (+), citrate (+), di động (+), hiếu khí (+)

Dung huyết: một số dòng gây dung huyết ở dạng trên thạch máu ngựa và thỏ

do tác động của hemolysine

Các phản ứng sinh hóa của Bacillus subtilis (theo Holt, 1992)

Sản sinh kháng sinh subtilin và bacitracin có tác dụng ức chế vi khuẩn G+ và G-

Bệnh học: đa số chủng Bacillus subtilis không gây bệnh.

Tính chất đối kháng của Bacillus subtilis với một số vi sinh vật gây bệnh.

Do Bacillus subtilis là vi khuẩn bắt buộc đường ruột nên ngoài khả năng chịu

đựng được acid dạ dày, các chất dịch tiêu hóa đường ruột, chúng còn có khả năng đấu tranh lại với các vi sinh vật gây bệnh ở đường ruột

-Với các vi sinh vật gây bệnh:

Môi trường nuôi cấy nấm bệnh có sự hiện diện của Bacillus subtilis với một số

lượng lớn sẽ gây ra sự cạnh tranh dinh dưỡng, cạnh tranh không gian sống giữa vi khuẩn và nấm

Do vi khuẩn phát triển nhanh hơn (trong 24h) sẽ sử dụng phần lớn các chất dinh dưỡng trong môi trường, đồng thời tạo ra kháng sinh subtilin nên sự sinh trưởng của nấm bị ức chế