Mở đầu probiotic vẫn còn hạn chế. Khoảng 90-95% probiotic chết trong điều kiện cực đoan của hệ tiêu hóa [1, 53, 24, 20]. Vì vậy, đề tài “Bảo toàn khả năng sống và hoạt tính probiotic của Lactobacillus casei bằng sự kết hợp prebiotic-vi gói nhằm thử nghiệm tạo sữa bột synbiotic” được thực hiện nhằm góp phần giải quyết hạn chế trên. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu của nghiên cứu là bảo toàn khả năng sống và hoạt tính của vi khuẩn probiotic L.casei bằng phương pháp vi gói sấy phun để tạo chế phẩm dạng bột.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Khảo sát đặc tính sinh học của vi khuẩn - Khảo sát đặc điểm và hoạt tính probiotic của vi khuẩn - Vi gói bằng phương pháp sấy phun. - Theo dõi chế phẩm vi gói. - Thử nghiệm tạo sản phẩm sữa bột synbiotic. 3 Luận văn thạc sĩ Tổng quan CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.
Probiotic và vai trò của probiotic 2. Đặc điểm của hệ tiêu hóa Khi thiết kế một hệ thống bao gói probiotic nhằm cung cấp cho con người thì chúng ta phải quan tâm đến sinh lý phức tạp của hệ tiêu hóa (hình 2. Thông thường việc giải phóng vi sinh vật sẽ được kích hoạt khi có sự tan rã, phân hủy hoặc hòa tan của các chất vi bao [122]. Dọc theo hệ tiêu hóa của con người có các yếu tố khác nhau để thực hiện việc giải phóng vi sinh vật, ví dụ như dựa vào pH, thời gian, áp lực nhu động và quá trình lên men của vi khuẩn.
Sau khi ăn hoặc uống probiotic đã được bao gói, nó sẽ đi qua thực quản một cách nhanh chóng (10 – 14 giây) [68] và sau đó đi đến dạ dày, tại đây vi khuẩn sẽ chết nhiều nhất do dạ dày có môi trường axit. Độ pH và thời gian lưu của vi khuẩn ở dạ dày ảnh hưởng nhiều đến khả năng sống của vi khuẩn probiotic, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào thời gian ăn và độ tuổi của người sử dụng, pH của dạ dày của người bình thường là khoảng 1 – 2. Hoạt động trong dạ dày là rất phức tạp [67], bình thường thì các hạt nhỏ sẽ được lưu lại trong thời gian ngắn hơn hạt lớn. Dạ dày bình thường có thể chứa đến 1.5 lít nhưng chỉ chứa 50 ml khi nhịn ăn [68].
Ngoài axit thì trong dạ dày còn có hệ enzym pepsin, đây là hệ enzym phân giải protein. Pepsin là sản phẩm của pepsinogen trong điều kiện pH thấp của dạ dày. Sau khi đi qua dạ dày thì các hạt bao gói sẽ đi xuống ruột non, thời gian lưu trong ruột non là khoảng 3.6 giờ [106], trong một số trường hợp là từ 0. Giá trị pH của ruột non nằm ở đoạn đầu trong khoảng 6.35, còn đối với ruột non nằm ở cuối là 6.
Sau khi đi qua ruột non thì viên bao gói sẽ đi đến ruột già, lúc này pH của ruột già là 5.02 và giảm dần khi đến ruột kết [59]. Thời gian để hạt bao gói di chuyển trong ruột già rất khác nhau, bình thường nằm trong khoảng 6 – 32 giờ nhưng thời gian lâu hơn cũng đã được ghi nhận [14, 57]. 4 Luận văn thạc sĩ Tổng quan O pH 2 A pH 5 D B E C pH 7 Kí hiệu Vùng pH Thời gian di chuyển O Thực quản ~ 7.0 10 – 14 giây A Dạ dày 1 – 2.5 phút khi ăn) B Cận ruột non 6.6 giờ C Ruột non 6.88 D Đại tràng lên 5.72 Có thể cao hơn, phụ E Đại tràng xuống 5.02 thuộc vào sự bài tiết ruột Hình 2. Đặc điểm của hệ đường ruột, pH tại các vị trí khác nhau [51].
Probiotic Theo ngôn ngữ Hi Lạp, probiotic có nghĩa là “vì sự sống”. Thuật ngữ probiotic được Parker đề nghị sử dụng lần đầu tiên vào năm 1974 để chỉ “những vi sinh vật và những chất làm cân bằng hệ vi sinh vật ruột” (Fuller, 1989). Từ đó đến nay thuật ngữ probiotic đã được cả thế giới sử dụng để chỉ những chế phẩm vi sinh vật sống hữu ích khi được đưa vào cơ thể động vật thông qua thức ăn hoặc nước uống tạo nên những ảnh hưởng có lợi cho vật chủ. Kể từ khi xuất hiện, khái niệm probiotic vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất.
Tuy nhiên, hiện có hai định nghĩa được cho là phản ánh khá đầy đủ bản chất của probiotic và được sử dụng nhiều trong các ấn phẩm khoa học: Thứ nhất, theo Fuller (1989), probiotic là “chất bổ sung vi sinh vật sống 5 Luận văn thạc sĩ Tổng quan vào thức ăn giúp cải thiện sự cân bằng của hệ vi sinh vật đường tiêu hóa theo hướng có lợi cho vật chủ”; Thứ hai, theo tổ chức Y tế thế giới (WHO, 2001), probiotic là “các vi sinh vật sống khi đưa vào cơ thể theo đường tiêu hoá với một số lượng đủ sẽ đem lại sức khoẻ tốt cho vật chủ” [45]. Đa số vi sinh vật probiotic thuộc chi Lactobacillus và Bifidobacterium. Tuy nhiên, một số vi khuẩn và nấm men có thể có những đặc tính probiotic [45]. Bifidobacterium tồn tại ở trẻ ngay từ những ngày đầu sau sinh, đặc biệt là trẻ được bú mẹ.
Bifidobacterium lần đầu tiên được phân lập từ phân của trẻ được bú mẹ, số lượng các vi khuẩn này là tương đối ổn định và giảm đi khi lớn tuổi. Quần thể vi khuẩn Bifidobacterium chịu ảnh hưởng của các yếu tố như khẩu phần ăn, thuốc kháng sinh và sự căng thẳng. Bifidobacterium là vi khuẩn kị khí Gram (+), không chuyển động, không tạo bào tử, catalase-âm tính, hình dạng của chúng khác nhau. Tên gọi của vi khuẩn này xuất phát từ việc chúng thường tồn tại ở dạng hình chữ Y hay dạng chẻ đôi.
Chúng cũng được phân loại là vi khuẩn tạo axit lactic. Hiện nay có khoảng 30 loài Bifidobacterium được phân lập. Bifidobacterium được sử dụng như probiotic là: Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium thermophilum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium infantis và Bifidobacterium lactis. Các chủng của Bifidobacteria được dùng như probiotic là Bifidobacterium breve, Bifidobacterium breve RO7O, Bifidobacterium lactis BB12, Bifidobacterium longum RO23, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium infantis RO33, Bifidobacterium longum BB536 và Bifidobacterium longum SBT-2928.
Lactobacillus có mặt trong ruột và trong âm đạo là vi khuẩn kị khí tùy ý Gram (+), không tạo bào tử. Hiện nay có khoảng 56 loài Lactobacillus được phân lập. Lactobacillus được sử dụng như probiotic bao gồm Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus cellobiosus, Lactobacillus crispatus, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus GG (Lactobacillus rhamnosus hoặc Lactobacillus casei subspecies rhamnosus), Lactobacillus gasseri, Lactobacillus johnsonii, Lactobacillus plantarum và Lactobacillus salivarus. Các chủng khác của 6 Luận văn thạc sĩ Tổng quan Lactobacillus là Lactobacillus acidophilus BG2FO4, Lactobacillus acidophilus INT- 9, Lactobacillus plantarum ST31, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus johnsonii LA1, Lactobacillus acidophilus NCFB 1748, Lactobacillus casei Shirota, Lactobacillus acidophilus NCFM, Lactobacillus acidophilus DDS-1, Lactobacillus delbrueckii subspecies delbrueckii, Lactobacillus delbrueckii subspecies bulgaricus 2038, Lactobacillus acidophilus SBT-2062, Lactobacillus brevis, Lactobacillus salivarius UCC 118 và Lactobacillus paracasei subsp paracasei F19 [9] 2.
Vai trò của probiotic 2. Thủy phân lactose và tăng sự hấp thu lactose Trong suốt quá trình lên men vi khuẩn lactic sinh lactase để thủy phân lactose thành glucose và galactose. Vi khuẩn đường ruột giúp chuyển hóa hầu hết lượng đường lactose trong ruột non [72]. Giảm viêm loét dạ dày Helicobacter pylori là một vi khuẩn Gram (-) gây bệnh viêm loét và ung thư dạ dày, Helicobacter pylori có thể tồn tại ở niêm mạc dạ dày (FAO/WHO, 2001).
Nghiêm cứu in vitro cho thấy vi khuẩn sinh axit lactic có thể chống lại sự phát triển của Helicobacter pylori (Midolo và cộng sự, 1995) [45]. Trong sữa chua uống của Yakult đã sinh ra chất ức chế chống sự tăng trưởng của vi khuẩn gây loét dạ dày Helicobacter pylori [72]. Giảm hàm lượng cholesterol Chủng probiotic, đặc biệt là vi khuẩn sinh axit lactic có một vai trò quan trọng trong việc giảm mức cholesterol gián tiếp bởi sự chuyển hóa cholesterol để tạo ra axit mật. Do đó, làm giảm hàm lượng cholesterol tổng số của cơ thể.
Sữa chua có chứa hai loại vi khuẩn probiotic là Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium lactis có tác dụng làm giảm cholesterol trong máu có mức cholesterol cao. Các bệnh nhân dùng thuốc cùng với Lactobacillus sporogenesover một khoảng thời gian 3 tháng cho thấy giảm 32% trong tổng số cholesterol [72]. Tăng cường hệ thống miễn dịch Miễn dịch là trạng thái bảo vệ đặc biệt của cơ thể sống chống lại các yếu tố gây bệnh khi chúng xâm nhập vào cơ thể. Kháng thể là các globulin trong máu của động 7 Luận văn thạc sĩ Tổng quan vật, có khả năng liên kết đặc hiệu với kháng nguyên đã kích thích sinh ra nó, hay còn gọi là kháng thể miễn dịch hoặc kháng thể đặc hiệu.
Kháng thể chủ yếu được tìm thấy trong huyết thanh. IgA được tổng hợp chủ yếu nhờ tế bào B trong niêm mạc ruột, đường hô hấp và thực hiện chức năng chống vi khuẩn trên bề mặt niêm mạc ruột. Các vi khuẩn làm tăng hệ miễn dịch bằng cách: + Tăng cường chức năng chống virus của hệ miễn dịch. + Tăng hoạt động của tế bào NK (natual killer) nhằm diệt trực tiếp tế bào nhiễm khuẩn bằng cách tiết những chất độc để phân giải chúng hoặc bằng cách tiết IFN – gamma (một loại cytokine).
+ Tăng S-IgA, sinh cytokine, điều khiển đáp ứng miễn dịch tế bào + Sinh nitric oxide, có vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền thông tin ở hệ thần kinh và đặc biệt có tác dụng làm thư giãn. + Tăng khả năng đề kháng chống lại một số quá trình tự miễn. + Giảm đáp ứng trung gian IgE (IgE-mediated respones). + Gián tiếp chống lại hiện tượng radiantion-included depression in white blood cells: đây là hiện tượng các tế bào bạch cầu bị ức chế và tiêu diệt khi chiếu xạ.
Hiện tượng này thường xảy ra trong khi điều trị ung thư bằng chiếu xạ [72]. Ngăn ngừa ung thư Các chủng probiotic có khả năng: + Kết hợp, ngăn chặn hoặc làm mất hoạt tính của các yếu tố gây ung thư. + Giảm hoạt tính của các enzym ở phân, đây là nơi khơi nguồn của các mầm bệnh gây ung thư. + Kích thích hệ thống miễn dịch, ngăn chặn sự tạo thành khối u.
Một số chủng của vi khuẩn lactic (L.acidophilus và Bifidobacteria) sử dụng trong các sản phẩm sữa lên men có thể xem như là một chất ung thư và chống gây đột biến. Các vi khuẩn có lợi có thể giảm các enzym liên quan đến các tác nhân gây ung thư (β-gulucoronidase, azoreductase, nitrosuctase và β-glucosidase) và do đó làm giảm nguy cơ gây ung thư ruột kết. Bifidobacteria ngăn chặn các yếu tố tiền ung thư như nitrate và nitrosamines thông qua cơ chế nội bào và 8 Luận văn thạc sĩ Tổng quan non-enzymeatic. Chúng cũng có thể kết hợp với các heterocylic amines (các chất gây ung thư trong quá trình nấu thịt) sau đó được bài tiết theo phân [72].
