Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC 1.Lịch sử về probiotic Những nghiên cứu về probiotic mới chỉ bắt đầu vào thế kỷ 20, Henry Tissier (1900), một bác sỹ người Pháp đã quan sát và thấy rằng phân của những đứa trẻ mắc bệnh tiêu chảy có ít vi khuẩn lạ hình trứng hoặc hình chữ Y hơn những đứa trẻ khỏe mạnh. [59] Sau đó năm 1907, Elie Metchnikoff-người Nga, đạt giải Nobel đã chứng minh được rằng việc tiêu thụ Lactobacillus sẽ hạn chế các nội độc tố của hệ vi sinh vật đường ruột. Ông giải thích được điều bí ẩn về sức khỏe của những người Cô-dăc ở Bulgary, họ sống rất khỏe mạnh và tuổi thọ có thể lên tới 115 tuổi hoặc hơn, nguyên nhân có thể là do họ tiêu thụ rất nhiều các sản phẩm sữa lên men, điều này được ông báo cáo trong sách “sự kéo dài cuộc sống”-The Prolongation of life (1908) [59]. Người ta đề xuất rằng sự tiêu hóa một vài vi khuẩn được chọn lựa có thể có ích lợi ảnh hưởng đến vùng dạ dày-ruột của con người.
Metchnikoff tin rằng lý do chính gây ra quá trình lão hóa của con người là do chất độc tạo thành bởi sự thối rữa và sự lên men trong ruột (O’Sullivan et al. [10] Có thể nói Tissier và Metchnikoff là người đầu tiên đưa ra những đề xuất mang tính khoa học về probiotic, làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về probiotic. Cùng năm đó, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã chứng minh là Lactobacillus acidophilus có khả năng làm giảm bệnh táo bón thường xuyên. Các nhà khoa học đại học Harvard phát hiện ra các vi khuẩn đường ruột đóng một vai trò quyết định trong quá trình tiêu hóa, giúp tiêu hóa thức ăn, cung cấp một số vitamin và các chất dinh dưỡng khác nhau mà cơ thể vật chủ không tự sản xuất ra được [34].
Sau đó 5 năm, một trong các đồ uống lên men đặt 4 tên là “Yakult” từ sữa được cho là hỗ trợ sức khỏe đường ruột (intestinal health) được sản xuất. [35] Các kiến thức có được về probiotic thông qua những nghiên cứu này đã thúc đẩy mạnh mẽ ngành công nghiệp các sản phẩm sữa. Từ đó lĩnh vực này càng phát triển, rất nhiều loại vi khuẩn đã được sử dụng trên thế giới trong các sản phẩm sữa lên men, thực phẩm từ thực vật, thịt và các sản phẩm khác.2 Định nghĩa probiotic Từ “probiotic” có nguồn gốc từ Hy Lạp có nghĩa là “cho cuộc sống”. Nó được định nghĩa lại qua nhiều năm qua những kiến thức khoa học và sự hiểu biết tốt hơn về mối liên hệ lợi ích cho đường ruột và sự khỏe mạnh nhận được [46].
Lilly và Stillwell (1965) đã mô tả trước tiên probiotic như hỗn hợp được tạo thành bởi một động vật nguyên sinh mà thúc đẩy sự phát triển của đối tượng khác. Phạm vi của định nghĩa này được mở rộng hơn bởi Sperti vào đầu những năm bảy mươi bao gồm dịch chiết tế bào thúc đẩy phát triển của vi sinh vật. [36] Định nghĩa chung này sau đó được làm cho chính xác hơn bởi Fuller (1989) [59], ông định nghĩa probiotic như “một chất bổ trợ thức ăn chứa vi sinh vật sống mà có ảnh hưởng có lợi đến vật chủ bằng việc cải thiện cân bằng hệ vi sinh vật ruột của nó”. Khái niệm này sau đó được phát triển xa hơn: “vi sinh vật sống (vi khuẩn lactic và vi khuẩn khác, hoặc nấm men ở trạng thái khô hay bổ sung trong thực phẩm lên men) mà thể hiện một ảnh hưởng có lợi đối với sức khỏe của vật chủ sau khi được tiêu hóa nhờ cải thiện tính chất hệ vi sinh vật vốn có của vật chủ”.
[39] Năm 2001 Tannock thay đổi định nghĩa về probiotic thành “vi sinh vật sống mà đi ngang qua vùng ruột và làm lợi cho sức khỏe của người tiêu dùng”. [46] Năm 2001 Schrezemeir và Van de Vrese định nghĩa probiotic là “sự chuẩn bị của sản phẩm chứa vi sinh vật có thể sống được với số lượng hiệu quả sau khi vào trong khoang của cơ thể vật chủ và gây ra tác dụng có lợi trên vật chủ”. [46] Và hiện nay theo định nghĩa của FAO/WHO (2001): “probiotic là những vi thể sống mà với số lượng được kiểm soát hợp lý sẽ giúp bồi bổ sức khoẻ cho người tiếp nhận”. Các vi sinh vật sử dụng trong sản phẩm probiotic trên thế giới Các probiotic có thể là vi khuẩn, nấm mốc và men, nhưng hầu hết probiotic là vi khuẩn.
Trong đó vi khuẩn sinh acid lactic (LAB) được sử dụng phổ biến nhất. LAB là nhóm vi khuẩn Gram dương có khả năng lên men, không có độc tính, hầu hết không gây bệnh và có khả năng sản sinh acid lactic từ carbohydrat. Nhóm LAB bao gồm Streptococcus, Enterococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus và Bifidobacterium. Nhóm không sinh acid lactic bao gồm Bacillus và men Saccharomyces.
Ngoài ra còn một số nhóm vi sinh vật khác ít sử dụng hơn. Các vi sinh vật thường làm probiotic [43] Nhóm Loài Lactobacilli Lactobacillus acidophilus L. crispatus Bifidobacteria Bifidobacterium animalis Bif. bifidum 6 LAB khác Enterococcus faecium Enterococcus faecalis Lactococcus lactis Streptococcus thermophilus Không phải LAB Bacillus cereus Bacillus subtilis Clostridium butyricum Escherichia coli Propionibacterium freudenreichii Saccharomyces boulardii 1.
Thành phần chế phẩm probiotic Vi sinh vật trong chế phẩm probiotic thường gồm 4 nhóm sau: - Nhóm vi khuẩn lactic: thường chọn các chủng vi khuẩn lactic điển hình thuộc giống Lactobacillus (Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei …). Trong hoạt động sống vi khuẩn lactic chuyển đường thành acid lactic, ngoài ra nó có thể sinh ra bacteriocin-một loại hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn và có phổ ức chế vi sinh vật khá rộng. Loại chất kháng sinh này không gây ra tính kháng kháng sinh ở các vi khuẩn gây bệnh. Acid lactic và bacteriocin có khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh, giải độc cho đường ruột.
[7] - Nhóm vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh: chọn các chủng vi khuẩn có hoạt tính α- amylase và protease. Các chủng này không gây độc, không gây bệnh cho người và vật nuôi. Nhóm vi khuẩn này có tác dụng phân giải các hợp chất hữu cơ bị ô nhiễm trong môi trường. Thường chọn các chủng vi khuẩn thuộc giống Bacillus (Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Bacillus licheniformis,…).
Ngoài khả năng sinh α- amylase và protease chúng còn sinh ra bacteriocin. Các vi khuẩn này chủ yếu tham gia vào quá trình làm sạch môi trường và tham gia vào quá trình đấu tranh sinh học, ức chế vi khuẩn gây bệnh, hạn chế dịch bệnh cho vật nuôi. [7] - Nhóm vi khuẩn quang tự dưỡng: gồm các vi khuẩn tía và vi khuẩn không tía có khả năng đồng hóa H2S và CO2 để xây dựng tế bào và không sinh ra O2. Trong khi 7 phân hủy H2S hoặc muối sulfua kim loại gây ra, làm giảm tính độc cho môi trường.
Khi cho thêm vi khuẩn quang tự dưỡng vào thức ăn hoặc môi trường nước nuôi có thể loại bỏ nhanh chóng NH3, H2S, acid hữu cơ, những chất có hại, cân bằng pH, cải thiện chất lượng nước. [7] - Nhóm nấm men: gồm một số loài thuộc giống Saccharomyces, sử dụng nấm men sẽ có tác dụng tận dụng lượng đường được tạo thành trong môi trường nước để lên men rượu nhẹ, hạn chế dinh dưỡng của các loại vi sinh vật gây bệnh khác, cải thiện mùi và màu của nước. [7] Đối tượng cạnh tranh của vi khuẩn probiotic: những vi khuẩn probiotic này có hoạt động chống lại những vi khuẩn có hại. Đó là sự ngăn chặn hoạt động của một số vi khuẩn sau: Serratia marcescens, Proteus vulgaris, Escherichia coli, Salmonella typhosa, Salmonella schottmuelleri, Shigella dysenteriae, Shigella paradysenteriae, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Vibrio comma.
Cơ chế tác dụng của probiotic 1. Probiotic cạnh tranh trên vị trí receptor Trong ống tiêu hóa, probiotic sẽ cố gắng tìm gắn vào các receptor trên tế bào biểu mô ruột. Một vài probiotic rất có hiệu quả trong việc tấn công để gắn lên các receptor, những probiotic tốt có thể tìm gắn vào các receptor với số lượng lớn lắp đầy các receptor từ đó ngăn chặn được các vi khuẩn có hại gắn vào, một số khác có thể ảnh hưởng đến sự bám dính của vi khuẩn có hại lên receptor. [23] Ngoài ra theo hai nhà nghiên cứu Lu và Walker cho rằng probiotic còn có thể tăng cường khả năng kết chặt các chỗ tiếp nối giữa các tế bào đường ruột với nhau dẫn đến nâng cao chất lượng sự miễn dịch.
Probiotic ảnh hưởng lên hệ thống miễn dịch Trong cơ thể chúng ta có hai hệ thống miễn dịch đó là miễn dịch tự nhiên và miễn dịch thu nhận được, probiotic làm thúc đẩy cả hai hệ miễn dịch này. Nó làm gia tăng sản sinh các cytokin giúp kiểm soát tốt tình trạng viêm. Trong ống tiêu hóa 8 probiotic liên kết với nhau hạn chế sự thấm qua của các vi khuẩn có hại và chất độc vào máu. Probiotic làm giảm đi một vài phản ứng dị ứng nghiêm trọng như sốc mẫn cảm hay hen suyễn do chúng giúp làm cân bằng giữa việc gửi tín hiệu tốt và xấu đến hệ thống miễn dịch để giữ cho hệ thống luôn hoạt động tốt hay giúp tạo đáp ứng miễn dịch kịp thời và hiệu quả.
Probiotic tiêu thụ chất dinh dưỡng có sẵn Ruột là môi trường lý tưởng cho các vi khuẩn sinh acid lactic phát triển, chúng tiêu thụ phần lớn chất dinh dưỡng có sẵn thích hợp cho nhiều loại vi khuẩn, từ đó LAB ngăn cản sự phát triển của các vi khuẩn có hại. Tạo môi trường acid Lactobacilli và Bifidobacterium là hai họ vi khuẩn sản sinh acid lactic và acid acetic trong môi trường sống của chúng, làm giảm pH trong đường tiêu hóa do đó có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn có hại nhạy cảm với pH thấp. Sản xuất enzym có lợi Probiotic tiết ra nhiều loại enzym có lợi cho sức khỏe bao gồm lactase là enzym phân hủy đường lactose có trong sữa mà cơ thể không thể tiêu hóa. Các tác động của enzym do probiotic tiết ra đã được chứng minh có thể làm giảm bệnh truyền nhiễm, dung nạp lactose, sự thiếu hụt hệ thống miễn dịch.
Sản sinh ra chất ức chế Các vi khuẩn probiotic sinh các chất ức chế: bacteriocin, siderophore, lysozym, protease, H2O2, các acid hữu cơ, amoni, diacetyl, …, các chất này được sinh ra bên trong đường ruột và bên ngoài môi trường nuôi sẽ có tác dụng ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây hại khác. Tính an toàn của các probiotic sử dụng 9 Chúng ta có thể tìm kiếm dễ dàng nhiều sản phẩm probiotic trên thị trường, trong đó hỗn hợp bao gồm Enterococcus faecalis, Streptococcus thermophilus, ba loài Bifidobacterium và bảy loài Lactobacillus được chứng minh rằng khi chúng ở trong ruột là những vi sinh vật có lợi chủ yếu cho hệ thống miễn dịch và tốt cho sức khỏe.