CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Đại cương về Probiotic 1. Khái niệm và lịch sử về Probiotic Probiotic có nguồn gốc từ Hy Lạp và đã có nhiều định nghĩa khác nhau trong những năm qua. Theo nghĩa gốc, “biotic” xuất phát từ chữ “life” có nghĩa là đời sống và “pro” là thân thiện trong tiếng Hy Lạp, vì vậy có thể hiểu probiotic là “thân thiện với đời sống con người”.
Cho đến năm 1974, Parker sử dụng khái niệm “Các vi sinh vật và các chất góp phần cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột”. Định nghĩa này liên quan đến việc sử dụng men vi sinh đối với hệ vi sinh đường ruột nhưng bao gồm cả các chất nghĩa rộng như kháng sinh. Trong một nổ lực cải thiện định nghĩa, Fuller (1989) đã định nghĩa lại chế phẩm sinh học probiotic là “Một chất bố sung thức ăn có chứa vi sinh vật sống có ảnh hưởng có lợi đến vật chủ bằng cách cải thiện sự cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột của nó” [29]. Mặc dù thuật ngữ probiotic có liên quan đến chất bổ sung thức ăn chứa vi sinh vật mới chỉ được định nghĩa từ năm 1989 tuy nhiên lịch sử chứng minh rằng nó đã tồn tại từ hàng ngàn năm trước.
Những bức tranh trên tường có từ 2500 trước Công nguyên cho rằng người Sumari có thói quen dùng sữa lên men - đây được coi là thực phẩm đầu tiên có chứa vsv sống lên men [58]. Thuật ngừ Probiotic được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Tổ chức Nông lương Liên Hợp Quốc (FAO) đưa ra khái niệm hoàn chỉnh nhất năm 2002 như sau: “Probiotic là những vi sinh vật sống mà khi đưa vào cơ thể với một lượng lớn sẽ đem lại tác động có lợi cho sức khoe vật chủ” [30]. Khái niệm này được duy trì bởi Hiệp hội khoa học quốc tế về Probiotic và Prebiotic (ISAPP) và được sử dụng trong hầu hết các ấn phẩm khoa học. Vai trò của Probiotic với sức khỏe con người Probiotic được biết đến với định nghĩa “thân thiện với con người” bởi những lợi ích đáng kể đã được chứng minh.
Sự có mặt của probiotic trong đường tiêu hóa có tác dụng cạnh tranh, ức chế và loại trừ các vsv có hại trong đường ruột, duy trì cân bằng hệ vi sinh đường ruột [9]. Ngoài tiềm năng điều trị các bệnh lý đường tiêu hóa, Probiotic đã và đang được khai thác, nghiên cứu và phát triến nhờ một số tác động có lợi khác đến sức khoe con người. Giảm nồng độ cholesterol trong máu. Theo kết quả nghiên cứu của Pereira D.A và cộng sự, các sản phẩm chứa chủng probiotic thích hợp có khả năng làm hạ cholesterol máu do đó hỗ trợ ngăn ngừa nguy cơ tim mạch [54].
Trong đó, các loài 2 Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei và Bifidobacterium longum cũng đã được báo cáo là có tác dụng hạ mỡ máu [38]. Phòng ngừa và điều trị bệnh tiêu chảy. Theo nghiên cứu của Gill Harsharnjit s (2004), dùng đồng thời men vi sinh cho bệnh nhân đang điều trị kháng sinh bao gồm cả ngắn hạn và dài hạn làm giảm tỷ lệ mắc bệnh tiêu chảy do tác dụng phụ của kháng sinh [36]. Thử nghiệm hiệu quả phòng và điều trị tiêu chảy do kháng sinh đã được tiến hành trên các probiotic khác nhau bao gồm Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus và nâm men [27].
Phòng ngừa bệnh lý tiết niệu - sinh dục: Mất cân bằng hệ vi sinh tại âm đạo và đường tiết niệu gây thay đối pH, tạo môi trường thuặn lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của một số vsv gây bệnh - là yếu tố nguy cơ của bệnh lý nhiễm trùng đường tiết niệu và âm đạo. Các nghiên cứu bố sung Lactobacillus spp. nói riêng và sản phẩm probiotic nói chung đã được thực hiện chứng minh vai trò giúp cân bằng hệ vi sinh và cải thiện tình trạng bệnh lý [63]. Chống lại tác nhân gây bệnh: Trong điều kiện bình thường, probiotic có thể tổng họp các chất chuyển hóa có hoạt tính kháng khuẩn như: exopolysaccharid, bacteriocin và các acid hữu cơ.
Hơn nữa, probiotic cũng sử dụng cơ chế kết tụ tạo điều kiện cho việc đào thải mầm bệnh ra khỏi hệ tiêu hóa. Sự đối kháng cũng liên quan đến việc sản xuất acid acetic và acid lactic trong quá trình chuyển hóa carbohydrat, tạo điều kiện cho pH môi trường thấp hơn và ức chế sự phát triển của một số vi sinh vật gây bệnh [57]. Ngoài những lợi ích kế trên, probiotic cũng đang được chú trọng nghiên cứu và phát triển với một số mục tiêu khác như: chống viêm nhiễm đường tiêu hóa [56]; chống dị ứng [66]; chống béo phì; tăng cường hấp thu dinh dưỡng [34]. Loài Lactobacillus acidophilus Loài Lactobacillus acidophilus là một trong những loài vi sinh vật probiotic phổ biến nhất hiện nay, thuộc họ Lactobacillaceae, chi Lactobacillus, nhóm vi khuẩn sinh acid lactic (LAB), tồn tại trong đường tiêu hóa, âm đạo của người và động vật [11].
Đặc điếm hình thái: trực khuân hình que, kích thước 0,6-0,9x1,5-6,0 pm, Gram dương, tồn tại đơn lẻ hoặc xếp đôi hay chuỗi ngắn, không di động, không sinh bào tử, phản ứng catalase âm tính, có khả năng chuyển hóa đường lactose tạo ra sản phẩm L(+) lactic [70]. Anh dưới kính hiên vi điện tử b. Anh dưới kính hiên vi thường Hình 1.1: Vi khuân Lactobacillus acidophilus [46] Điều kiện nuôi cấy: nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của Lactobacillus acidophilus là 37°c, tối đa trong khoảng 43 - 48 °C, không phát triển trong khoảng 20 - 22 °C, kỵ khí không bắt buộc, có khả năng chịu được điều kiện pH khoảng 5,0 đến 6,0 trong 24-36 giờ [11]. Tiềm năng của loài Lactobacillus acidophilus Hiện nay đã có nhiều sự quan tâm và nghiên cứu về vi khuẩn Lactic (Lactic acid bacteria, LAB) nói chung và loài Lactobacillus acidophilus nói riêng chỉ ra những tiềm năng lớn về các sản phấm lên men từ vsv này được áp dụng trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm.
Một số ứng dụng chính được nghiên cứu như sau: Sinh khối tạo chế phẩm probiotic đem lại nhiều tác động có lợi đối với sức khỏe: tạo môi trường acid thuận lợi cho hệ vi sinh đường ruột đồng thời ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh Gram (-); Cạnh tranh vị trí bám và thức ăn làm giảm số lượng vsv hoặc nấm gây hại ở ruột non [72]; Có khả năng sinh lactase - enzym thúc đẩy quá trình chuyển hóa sữa ở trẻ [31]. Các chất chuyển hóa thứ cấp có tiềm năng trong công nghiệp dược phẩm như: Exopolysaccharid có vai trò chống oxy hóa, kháng khuấn, kháng khối u, tăng cường miễn dịch là sản phẩm chuyển hóa của loài Lactobacillus acidophilus [44]. Sản phẩm trao đổi chất ngoại bào Bacteriocin phục vụ cho các mục đích khác nhau như cải thiện cấu trúc, mùi vị, bảo quản thực phấm cũng như có tác dụng đối với sức khỏe con người [33]. Nisin và pediocin là một số bacteriocin mang đặc tính kháng khuẩn, chống lại các vi khuẩn Gram (+) được sử dụng phổ biến làm chất bảo quản mang lại tiềm năng lớn trong công nghiệp thực phẩm.
Ngoài ra, bacteriocin được cho là đóng góp vào khả năng ức chế vi khuẩn gây hại, đây là một đặc tính quan trọng được áp dụng như giống khởi động trong thực phẩm lên men [19], [33]. Đại cương về vi nang probiotic 1. Khái niệm Vi nang (microcapsule) là những tiểu phân kết tụ hình cầu hoặc không xác định, thành phần gồm dược chất (hoặc dược chất và tá dược) được bao trong một màng 4 polyme thiên nhiên hoặc tông hợp; có kích thước trong khoảng từ 1 tới 5000 pm (trong thực tế thường điều chế vi nang trong khoảng 100 - 2000 pm) [4]. Vi nang chứa dược chât dang lỏng Vi nang nhiêu lớp vỏ Vi nang đa nhân Vi nang trong vi nang Hình 1.2: Các mô hình vi nang [4] ứng dụng quan điểm về vi nang, vi nang probiotic ra đời với nguyên tắc tạo vi nang kích thước nhở chứa một hoặc hỗn hợp polyme tạo vỏ và khối nhân là vsv probiotic nhằm bảo vệ vsv đồng thời giải phóng tại vị trí thích hợp trong đường tiêu hóa.
> Ưu điểm: Vi nang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực bào chế thuốc nói chung và tạo hệ phân phối thuốc nói riêng nhờ những ưu điểm vượt trội: (i) Giúp phối họp các hoạt chất có tính tương kỵ bằng cách vi nang hóa từng loại hoạt chất trước khi phối hợp vào dạng thuốc; (ii) Tăng độ ổn định của hoạt chất do lớp bao giúp cách ly dược chất với những điều kiện bất lợi của môi trường; (iii) ứng dụng điều chế dạng giải phóng kéo dài, thuốc tác động tại đích, phóng thích có kiếm soát; (iv) Che giấu mùi vị của dược chất [4]. Từ quan điểm vi sinh học, vi nang probiotic bao gói vsv mang lại những lợi ích tương đương, có vai trò quan trọng nhằm bảo vệ và giải phóng vi sinh vặt tại vị trí thích họp trong đường tiêu hóa: (i) Vi nang probiotic cho phép thiết kế lõi kép bố sung đồng thời hai hoặc nhiều hơn các chúng vsv probiotic khác nhau. Nghiên cứu của Cheng Zhao và cộng sự (2020) đã khảo sát quá trình tạo men vi sinh dạng bào chế vi nang bao bọc Lactobacillus spp và Bacillus subtilis hỗ trợ bệnh lý Hội chứng chuyển hóa (MetS) nhằm bố sung hai loại vsv trên. Theo nghiên cứu, việc phối hợp đồng thời hai loài được cho rằng có sự tương hồ lẫn nhau tạo mối quan hệ cộng sinh có lợi giữa các lợi khuẩn: Bacillus subtilis tiêu thụ oxy, cung cấp môi trường khí thích hợp cho Lactobacillus thúc đẩy chức năng của men vi sinh [26].3: Vi nang kép và quá trình vận chuyên trong đường tiêu hóa [26] (ii) Lóp polyme tạo vỏ trong vi nang probiotic có cấu tạo như một màng bán thấm hình cầu giúp tế bào vsv được cách ly với môi trường xung quanh, bảo vệ và làm giảm sự tổn thất số lượng tế bào vsv, bằng cách này chúng sẽ được bảo vệ tốt hơn trong các điều kiện bất lợi như pH thấp, muối mật.
và chỉ giải phóng vsv tại vị trí mong muốn [45]. (iii) Nguyên liệu tạo vi nang mang các đặc điểm cấu trúc và tính chất vật lý, hóa học khác nhau là nguyên lý để nghiên cứu khả năng bao tan và giải phóng vsv tại vị trí đích trong đường tiêu hóa. (iv) Nguyên liệu thường là các polyme tự nhiên, an toàn và lành tính đối với người sử dụng.