ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời gian gần đây, các sản phẩm probiotic hỗ trợ sức khỏe đã có sự bùng nổ vượt trội và ngày càng phổ biến hơn trên thị trường [49]. Ngày càng có nhiều công bố phát hiện ra các tác dụng có lợi mới của những vi sinh vật sống này. Đối với loài Lactobacillus plantarum, các nghiên cứu mới đây đã chứng minh được các tác động tích cực của chúng, trong đó có thể kể đến những tác dụng mới phát hiện như cải thiện khối u đại trực tràng, ngăn ngừa và điều trị bệnh viêm loét đại tràng, giảm tổn thương đường ruột, cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột… [33], [38], [55] Tuy nhiên, các tác động “vàng” tới sức khỏe con người này chỉ có thể đạt được khi các chế phẩm probiotic được đưa vào cơ thể với số lượng đủ lớn [31]. Các yếu tố trong quá trình chế biến và bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất.; hay tác động của đường tiêu hóa là những yếu tố bất lợi có thể làm giảm đáng kể số lượng vi khuẩn sống sót, làm giảm hiệu quả điều trị [15].
Do đó, yêu cầu then chốt là nâng cao hiệu quả bảo vệ vi sinh vật trong quá trình sản xuất, đồng thời giữ gìn khả năng sống sót của VSV trước những tác động bất lợi của đường tiêu hóa và đưa chúng tới được vị trí thích hợp trong đường ruột. Phương pháp tạo vi nang đa nhân được tiến hành trên nhiều hoạt chất cho kết quả khả quan trong việc bao bọc và giải phóng hoạt chất so với vi nang thường [24]. Tiếp nối hướng nghiên cứu bao gói tạo chế phẩm probiotic này, đề tài “ Nghiên cứu tạo vi nang đa nhân chứa Lactobacillus plantarum” được thực hiện với mục tiêu cụ thể sau: Khảo sát ảnh hưởng các thành phần cấu tạo đến đặc tính vi nang đa nhân. Đánh giá khả năng bảo vệ và giải phóng vi sinh vật của vi nang đa nhân chứa Lactobacillus plantarum tới vị trí đại tràng.1 Đại cương về probiotic 1.1 Khái niệm probiotic Thuật ngữ probiotic là một từ tương đối mới có nghĩa là “dành cho sự sống” và hiện nay nó được sử dụng để đặt tên cho các vi khuẩn có liên quan đến tác dụng có lợi cho con người và động vật.
Để chỉ ra bản chất vi sinh vật của men vi sinh, Fuller (1989) đã định nghĩa lại từ này là “Một chất bổ sung thức ăn có chứa vi sinh vật sống có tác dụng có lợi cho vật chủ bằng cách cải thiện sự cân bằng đường ruột của vật chủ” [32]. Nhận ra việc không đồng thuận và chính xác trong định nghĩa probiotic gây ra nhiều bất lợi, năm 2001, Hội nghị tư vấn chuyên gia của Tổ chức Nông lương Liên Hợp Quốc (FAO) và Tổ chức Y tế thế giới (WHO) thống nhất một định nghĩa chung: “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 khỏe vật chủ” [31]. Xu hướng thị trường gần đây gia tăng mạnh mẽ các sản phẩm bảo vệ sức khỏe nguồn gốc từ probiotic. Một vi sinh vật có tiềm năng là probiotic thì phải đáp ứng được các tiêu chuẩn sau: [17] - Có nguồn gốc rõ ràng, thuần chủng (VSV phải được phân lập tới cấp chủng, có định danh chính xác, lưu trữ tại ngân hàng giống quốc tế).
- Không gây bệnh cho vật chủ, không sinh độc tính (thuộc nhóm GRAS an toàn và lành tính, không liên quan đến bệnh tật, không mang các gen đề kháng kháng sinh có thể truyền được). - Có đặc tính probiotic, sinh sản phẩm với hiệu suất cao (có khả năng sống sót qua hệ tiêu hóa, có khả năng phát triển trong đường ruột, có hiệu quả có lợi và đáng tin cậy được chứng minh khoa học). - Dễ nuôi cấy, tăng sinh nhanh trong môi trường sản xuất, có thể đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp. Ổn định trong thời gian bảo quản và dễ bảo quản, tỷ lệ vi sinh vật sống sót cao trong thời gian bảo quản.2 Các vi sinh vật probiotic phổ biến Trong những năm gần đây, xu hướng sản phẩm thực phẩm có chứa probiotic trên thị trường ngày càng gia tăng với các chủng đa dạng, được thương mại hóa [45].
Một số vi sinh vật thường được sử dụng làm probiotic được giới thiệu trong bảng 1.1 dưới đây: 2 Bảng 1.1 Một số vi sinh vật thường được sử dụng làm probiotic [30] Chi Loài Lactobacillus spp. acidophilus, plantarum, reuterie, casei,. longum, animalis, infantis,… Saccharomyces spp. boulardii Bacillus spp.3 Tác dụng và cơ chế tác dụng của probiotic Probiotic đều có lợi cho sức khỏe con người.
Đối với mỗi chủng probiotic khác nhau sẽ có những tác dụng cụ thể khác nhau. Tuy nhiên nhìn chung, probiotic không chỉ có lợi ích trong việc điều chỉnh rối loạn hệ vi khuẩn đường ruột và sức khỏe tiêu hóa mà còn đóng vai trò phòng ngừa và điều trị bổ trợ các bệnh chuyển hóa ở người như béo phì, viêm đại tràng, ung thư đại trực tràng và các bệnh khác [51]. Bên cạnh đó, probiotic còn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của môi trường âm đạo, cải thiện khả năng phòng vệ miễn dịch và ngăn chặn sự tiến triển của ung thư cổ tử cung [39]. Ngoài ra, một số loài probiotic còn có tác dụng hỗ trợ tăng cường miễn dịch đường hô hấp, cải thiện thần kinh và một số bệnh ngoài da [23], [29], [42].
Cơ chế tác dụng chính xác của probiotic vẫn chưa được công nhận rõ ràng. Tuy nhiên có thể lý giải do probiotic có khả năng ức chế mầm bệnh bằng cách cạnh tranh vị trí dinh dưỡng và vị trí bám dính, tiết ra các chất kháng khuẩn. Đồng thời, các VSV này có tác dụng tăng cường chức năng hàng rào biểu mô bằng cách thắt chặt các mối nối giữa các tế bào, điều chỉnh sự tăng sinh tế bào hiệu quả và thúc đẩy bài tiết chất nhầy. Probiotic cũng điều hòa hệ thống miễn dịch, góp phần cân bằng nội môi đường ruột [37].
Tuy nhiên, để đạt được tác dụng, cần phải duy trì khả năng sống sót của vi sinh vật tới vị trí ruột thích hợp. Nên xây dựng công thức vi khuẩn probiotic trong phạm vi 108– 109 CFU/g để tiêu thụ và duy trì hiệu quả điều trị là 106 –107 CFU/g ở ruột [45].1 Hoạt động của probiotic trong đường ruột [37] 3 Môi trường đường tiêu hóa (GI) là một rào cản để chế phẩm sinh học phát huy thành công các hoạt động có lợi. Việc duy trì khả năng sống sót trong dạ dày là một nhiệm vụ khó khăn đối với probiotic để tiếp cận được vị trí mục tiêu. Hầu hết các chế phẩm sinh học đều chết hoặc mất chức năng ở môi trường acid.
Sau đó, các probiotic còn sống sót lại sẽ được giải phóng vào vị trí mục tiêu ruột non hay ruột già. Đồng thời, trong quá trình sản xuất và bảo quản, chế phẩm sinh học còn có thể bị ảnh hưởng tiêu cực bởi một số yếu tố như nhiệt độ, hoạt độ nước và các thành phần thực phẩm khác. Do đó, cần có một hệ thống phân phối probiotic lý tưởng bảo vệ probiotic khỏi các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất và bảo vệ VSV trong môi trường acid dạ dày để có thể đạt đủ lượng men vi sinh tại vị trí tác dụng [37].2 Vi khuẩn Lactobacillus plantarum Giới (Kingdom): Bacteria Ngành (Division): Firmicutes Lớp (Class): Bacilli Bộ (Order): Lactobacillales Họ (Family): Lactobacillaceae Giống (Genus): Lactobacillus Loài: L.2 Hình ảnh vi khuẩn Lactobacillus plantarum dưới kính hiển vi [13] 1.1 Đặc điểm hình thái, sinh lý, điều kiện nuôi cấy Lactobacillus plantarum được tìm thấy trong các sản phẩm sữa, rau, thịt, thức ăn ủ chua, rượu, đường tiêu hóa, âm đạo và tiết niệu [47]. Trong hệ vi khuẩn Lactobacillus ở trực tràng người khỏe mạnh, L.
plantarum chiếm đa số [12]. Đây là một loại vi khuẩn có khả năng thích nghi cao, có thể tồn tại ở phạm vi nhiệt độ rộng lớn (từ 1-60ºC). Đặc điểm hình thái: tế bào hình que, xuất hiện đơn lẻ hoặc nhóm thành chuỗi ngắn, không hình thành bào tử nội sinh, phản ứng catalase âm tính, không sinh H2S. Loài này có tốc độ sinh trưởng cao ở môi trường hơi acid có độ pH =4,5, có khả năng chuyển hóa từ từ glucose tạo thành acid lactic L(+).
Điều kiện nuôi cấy: L. plantarum là vi khuẩn kị khí không bắt buộc, có nhu cầu với chất sinh trưởng, đòi hỏi môi trường nuôi cấy phức tạp chứa một số lượng tương đối lớn cao nấm men [8]. 4 Lactobacillus plantarum phát triển nhanh trên môi trường MRS. Thời gian từ 0 giờ đến 6 giờ là thời gian vi khuẩn bước vào pha tiềm tàng (pha lag).
Từ 6 giờ đến 18 giờ vi khuẩn tăng sinh mạnh nhất, thu được nhiều sinh khối vi khuẩn nhất và vi khuẩn bước vào pha cân bằng trong thời gian 18-60 giờ [5]. plantarum có nhiều điểm khác biệt so với các loài Lactobacillus ở những điểm sau: [5] - Có bộ gen tương đối lớn nên có thể thích ứng với các điều kiện khác nhau - Có nhiều tác dụng mới nổi bật trong đường tiêu hóa, cải thiện các bệnh liên quan đến đại trực tràng - Có thể lên men nhiều loại đường - Thích nghi cao với điều kiện acid, pH thấp - Có thể chuyển hóa acid phenolic, phân giải muối tanat nhờ hoạt động của enzym tanase 1.2 Vai trò của Lactobacillus plantarum với sức khỏe con người Số lượng nghiên cứu khẳng định lợi ích của probiotic nói chung và tác dụng của Lactobacillus plantarum nói riêng ngày càng gia tăng. Một ưu điểm nổi bật đáng chú ý của nó là khả năng sản xuất bacteriocin đa dạng và mạnh, đủ điều kiện về tính an toàn từ Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) và trạng thái được công nhận chung là an toàn (GRAS) từ FDA Hoa Kỳ [47]. Một số tác dụng có lợi đã biết của Lactobacillus plantarum có thể kể đến như: - Tác dụng hạ cholesterol: các mô hình thử nghiệm đã chứng minh vai trò của L.
plantarum làm giảm nồng độ cholesterol trong huyết tương và gan theo cơ chế khử liên hợp acid mật bằng hydrolase muối mật [47]. - Kiểm soát rối loạn tiêu hóa và phòng chống tiêu chảy: L. plantarum CCFM1143 ngăn ngừa tiêu chảy bằng cách cải thiện chức năng của hàng rào ruột thông qua việc bảo vệ hình thái và tính thấm của tế bào biểu mô đường ruột và phục hồi hệ VSV có lợi [52]. plantarum trong bệnh viêm ruột có tác dụng chính: (i) điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột và ức chế mầm bệnh, (ii) tăng cường chức năng bảo vệ của biểu mô ruột và (iii) điều hòa đáp ứng miễn dịch của các tế bào biểu mô và bạch huyết liên quan đến ruột [41].
- Hội chứng ruột kích thích: L.