CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về Lactobacillus acidophilus 1. Đặc điểm của Lactobacillus acidophilus: 1. Khái niệm probiotic: Năm 1965, Lily và Stillwell sử dụng thuật ngữ probiotic để mô tả chất được tiết ra bởi một sinh vật và kích thích sự phát triển của sinh vật khác [65].
Năm 2002, tổ chức FAO và WHO quyết định đưa ra một định nghĩa thống nhất về probiotic là “các vi sinh vật sống, khi được sử dụng với số lượng thích hợp sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ” và hỗ trợ việc sử dụng từ ngữ này trong tương lai. Hiện nay, khái niệm probiotic được mô tả đầy đủ hơn: Probiotic, bao gồm vi khuẩn và nấm men, là những vi sinh vật sống đã được chứng minh là có tác dụng có lợi đối với sức khỏe con người [39]. acidophilus lần đầu được phân lập từ phân trẻ sơ sinh vào năm 1900 và được đặt tên chính thức Lactobacillus acidophilus [31].1: Ảnh hiển vi điện tử của tế bào Lactobacillus acidophilus [12] L. acidophilus, thuộc chi Lactobacillus, Họ Lactobacillaceae, là trực khuẩn gram dương, không hình thành bào tử.
Chúng có dạng que mảnh có đầu tròn, dài 2-10 μm, thường tồn tại dưới dạng đơn lẻ, xếp đôi hoặc chuỗi ngắn. Hầu hết các chủng L. acidophilus là vi khuẩn vi hiếu khí và kỵ khí. Nhiệt độ nuôi cấy tối ưu thường là 35 ~ 38°C và về cơ bản không phát triển ở nhiệt độ dưới 20°C.
acidophilus có khả năng chịu nhiệt kém và độ pH tối ưu là 5,5 ~ 6,0. acidophilus có khả năng kháng acid và mật tốt [31]. Vai trò của Lactobacillus acidophilus trong hệ tiêu hoá Theo các nghiên cứu hiện nay, L. acidophilus tham gia hỗ trợ quá trình tiêu hoá của người chủ yếu thông qua việc sản xuất các chất chuyển hóa và điều hòa hệ vi sinh vật đường ruột [21], [55].
Độ pH tối ưu của nhiều vi khuẩn gây bệnh đường ruột là trung tính hoặc hơi kiềm. Trong khi đó, acid lactic được sản xuất bởi L. acidophilus thông qua quá trình 2 trao đổi chất có thể làm giảm độ pH, do đó ức chế sự phát triển và sinh sản của vi khuẩn gây bệnh [21]. Một số yếu tố ảnh hưởng tới khả năng sống sót của Lactobacillus acidophilus 1.
pH Dạ dày có tính acid cao, pH trong khoảng 1,0-2,5 ở tất cả các đối tượng. Độ pH trung bình được ghi lại trong giờ đầu tiên ở đoạn gần ruột non là 6,6. Độ pH trung bình ở đoạn cuối hồi tràng là 7,5. Khi đến manh tràng, pH giảm mạnh xuống 6,4.
Sau đó pH tăng dần từ đại tràng phải sang đại tràng trái với giá trị trung bình là 7,0 [30]. Ngoài ra, thức ăn cũng có thể ảnh hưởng đến độ pH của dịch dạ dày. Ở trạng thái đói, độ pH trong dạ dày ở người khỏe mạnh nằm trong khoảng 1,3 đến 2,5. Thức ăn có thể làm tăng độ pH lên khoảng 4,5 đến 5,8.
Trong vòng 1 giờ sau khi ăn, độ pH của dạ dày giảm xuống dưới 3,1 [41]. acidophilus có độ pH tối ưu là 5,5 ~ 6,0 [31]. Như vậy có thể thấy khả năng sống sót của L. acidophilus có thể bị ảnh hưởng bởi pH thấp của dạ dày, và sống được trong môi trường pH của ruột non và đại tràng.
Vì vậy, cần phải bảo vệ L. acidophilus qua môi trường dạ dày, để hướng tới những vị trí có tác dụng như ruột non và đại tràng. Thời gian vận chuyển vi sinh vật trong đường tiêu hoá Thời gian di chuyển của vi sinh vật trong đường tiêu hoá bị ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố như bệnh lý, sự có mặt của thức ăn, dạng bào chế… vì vậy rất khó xác định chính xác thời điểm vi sinh vật di chuyển trong đường tiêu hoá [13]. Mặt khác, thời gian vi sinh vật di chuyển trong đường tiêu hoá cũng ảnh hưởng đến khả năng sống sót của vi sinh vật [13].
Các thành phần có trong dịch tiêu hoá ¨ Thức ăn Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng thức ăn có thể làm chậm đáng kể sự giải phóng thuốc trong dạ dày bằng cách hình thành một lớp màng bao quanh viên thuốc, từ đó dẫn đến chậm hấp thu thuốc và xuất hiện nồng độ đỉnh cao trong huyết tương muộn [16], [41]. Cơ chế này phụ thuộc cả vào thành phần của vi nang và thành phần của thức ăn dùng cùng [16]. Ngoài ra, thức ăn cũng có thể ảnh hưởng đến độ pH của dịch dạ dày [41], từ đó có thể ảnh hưởng tới việc hấp thu thuốc (vi nang chứa VSV). ¨ Enzym, muối mật, pepsin Thành phần chính của dịch tiết dạ dày bao gồm acid hydrochloric (HCl), pepsinogen, chất nhầy và nước [41].
Tính acid mạnh của dịch dạ dày có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng sống sót của vi sinh vật, dẫn đến hạn chế sự phát triển của vi sinh vật trong đường tiêu hóa 3 [45]. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc đưa pepsin vào dịch dạ dày không cho thấy ảnh hưởng gì thêm đến tính chất của vi nang [17]. Sau khi đi qua môn vị, vi khuẩn probiotic sẽ đến ruột non, nơi có nhiều dịch tuỵ và mật. Acid mật và enzyme tiêu hoá (bao gồm lipase, protease và amylase) cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của vi sinh vật thông qua sự phá vỡ màng tế bào và tổn thương DNA [35].
Ở cuối ruột non, khi đến đại tràng, vi sinh vật gặp phải thách thức cạnh tranh với vi khuẩn có sẵn, bám vào lớp chất nhầy của ruột. Enzyme tiêu hóa và mật làm giảm độ bám dính của chủng [61]. Qua thử nghiệm, hầu hết các chủng Lactobacillus được kiểm tra không nhân lên trong môi trường nước bổ sung 0,3% mật bò và các chủng còn lại thì phát triển rất kém [20]. Có thể nói, nhiều loại enzyme tiêu hóa và muối mật trong ruột đe dọa khả năng tồn tại và chức năng của vi sinh vật [45].
Một số xu hướng bảo vệ Probiotic Việc sử dụng probiotic để tăng sức đề kháng, phòng bệnh đã xuất hiện từ hàng nghìn năm trước. Tiêu biểu là các sản phẩm từ sữa, được coi là 1 nhóm lớn các sản phẩm có khả năng mang và vận chuyển các vi khuẩn probiotic, trong số đó sữa lên men và phô mai được tiêu thụ nhiều nhất thế giới. Ngoài ra, người ta còn sản xuất các dòng sản phẩm nước trái cây bổ sung probiotic phù hợp với các đối tượng dị ứng/không dung nạp sữa hay nhóm đối tượng có nhu cầu năng lượng thấp [62], [47]. Vi sinh vật probiotic không bao: có thể ở dạng bột hoặc cốm, đơn loài hoặc dạng bào chế nang cứng, đơn hoặc đa loài.
Một ví dụ như sản phẩm Antibio Pro do công ty dược phẩm Han Wha, Hàn Quốc sản xuất với dạng bào chế gói bột pha hỗn dịch uống. Mỗi gói chứa 75mg Lactobacillus acidophilus tương đương với 108 CFU/gói. Nhược điểm của dạng này là khả năng sống sót của vi sinh vật bị ảnh hưởng lớn trong điều kiện khắc nghiệt của đường tiêu hoá như pH, pepsin, enzym, muối mật… Vi sinh vật bao tan ở ruột: VSV chứa trong nang có lớp bảo vệ chỉ tan trong ruột, hầu hết probiotic được xử lý với một polyme acrylic acid. Tác nhân bảo vệ này chỉ được cho phép sử dụng trong dược phẩm, không thích hợp cho thực phẩm bổ sung probiotic vì có thể gây tác dụng phụ.
Vi nang hoá, tạo lớp bao kép, giải phóng vi sinh vật ở ruột: Gồm 2 lớp bao. Công nghệ bao kép này đã được công nhận và sử dụng ở một số nước trên thế giới, hiện nay trên thị trường Việt Nam phải kể đến như Duolac của hãng Cell Biotech – Hàn Quốc. Bên cạnh đó, hiện nay việc đóng gói probiotic Lactobacillus acidophilus thông qua việc bao từng lớp polyelectrolytes (PE), chitosan (CHI) và carboxymethyl cellulose (CMC) 4 đã được nghiên cứu để tăng cường khả năng sống sót của VSV trong các điều kiện bất lợi gặp phải trong đường tiêu hóa. Khi tiếp xúc lần lượt với SGF (mô phỏng dịch dạ dày) và SIF (mô phỏng dịch ruột) trong 120 phút, người ta quan sát thấy các tế bào tự do gần như chết hoàn toàn.
Tuy nhiên, đối với các tế bào được phủ ba lớp nano PE (CHI/CMC/CHI), tỷ lệ sống sót của L. acidophilus được nâng cao [54]. Công trình này cho thấy việc bao gói vi nang probiotic bằng alginate và lớp phủ chitosan là một phương pháp hiệu quả giúp bảo vệ vi sinh vật khỏi ảnh hưởng của dạ dày và hướng tới tiềm năng giải phóng vi sinh vật tại ruột non và đại tràng mô phỏng. Tổng quan về vi nang 1.
Định nghĩa vi nang Vi nang (microcapsule) là những tiểu phân hình cầu hoặc không xác định, kích thước từ 0,1 μm tới 5,0 mm (thông thường từ 100 đến 500 μm) có thể được bao bởi các hợp chất cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp [1]. Từ quan điểm vi sinh học, vi nang hóa có thể được định nghĩa là quá trình bẫy/bao gói các tế bào vi sinh vật bằng cách bao phủ chúng trong lõi nhân (gọi là hydrocolloid) thích hợp nhằm ngăn cách chúng với môi trường xung quanh và giải phóng các tế bào VSV tại vị trí thích hợp trong ruột [51]. Đặc điểm vi nang Vi nang hoá là phương pháp phổ biến nhất trong nghiên cứu tạo nguyên liệu probiotic hiện nay. Vi nang chứa vi sinh vật có thể chia làm 3 loại [57]: Hình 1.2: Các loại vi nang chứa vi sinh vật [57] Hệ chứa: cấu tạo bởi 2 phần, phần nhân gồm một hoặc hai dược chất (ít khi gồm nhiều dược chất).
Dược chất có thể ở trạng thái rắn, lỏng hoặc dưới dạng một nhũ tương, hỗn dịch, có thể có thêm các chất phụ nhằm mục đích ổn định hoặc điều chỉnh tốc độ giải phóng dược chất. Phần vỏ vi nang thường là các hợp chất cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp, có tác dụng tạo màng mỏng, bề dày từ 0,1 đến 200 micromet. Lớp vỏ vi nang sẽ xác định các thuộc tính lý hoá của chúng. Hệ chứa điển hình cho vi nang tạo bởi phương pháp bao gói VSV [57].
5 Matrix: chứa VSV phân tán khắp vi nang, được tạo thành từ phương pháp bẫy. Đặc điểm của vi nang dạng này là bao gói được VSV cùng cơ chất 1 cách chắc chắn [57]. Bao matrix: là vi nang dạng matrix có lớp bao phía bên ngoài. Lớp bao này có thể có nhiều vai trò khác nhau như bảo vệ nhân chứa VSV khỏi tác động từ môi trường xung quanh như ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ.
Khi vào cơ thể, có thể bảo vệ VSV khỏi tác động của pH dạ dày, muối mật… [57] Tạo vi nang bằng phương pháp bẫy có khả năng cố định được lượng tế bào lớn và chắc chắn so với các phương pháp khác [57].