Luận văn tối ưu hóa môi trường nuôi cấy vi khuẩn lactobacillus acidophilus để sản xuất chế phẩm probitics

Tài liệu nghiên cứu Luận văn tối ưu hóa môi trường nuôi cấy vi khuẩn lactobacillus acidophilus để sản xuất chế phẩm, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Ân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoài Hương
• Trường học: Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Tối Ưu Hóa Môi Trường Nuôi Cấy Lactobacillus Acidophilus Cho Chế Phẩm Probiotics
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỂN LUẬN
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Lactobacillus acidophilus

Lactobacillus acidophilus là một trong những chủng vi khuẩn lactic có lợi, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chế phẩm probiotics. Vi khuẩn này có khả năng cải thiện sức khỏe đường ruột, hỗ trợ tiêu hóa và tăng cường hệ miễn dịch. Theo nghiên cứu, Lactobacillus acidophilus có thể sản xuất acid lactic, giúp ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh như E. coli. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của Lactobacillus acidophilus trong lĩnh vực thực phẩm chức năng và y học. Việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy cho vi khuẩn này sẽ nâng cao hiệu quả sản xuất chế phẩm probiotics.

1.1 Đặc điểm sinh học của Lactobacillus acidophilus

Lactobacillus acidophilus thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, có khả năng sống trong môi trường yếm khí và là một phần quan trọng trong hệ vi sinh đường ruột của người và động vật. Đặc điểm nổi bật của vi khuẩn này là khả năng chịu đựng pH thấp và nhiệt độ cao, giúp nó có thể tồn tại trong môi trường tiêu hóa khắc nghiệt. Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của Lactobacillus acidophilus sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất chế phẩm probiotics, từ đó nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

II. Tối ưu hóa môi trường nuôi cấy

Môi trường nuôi cấy đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và sinh trưởng của Lactobacillus acidophilus. Các yếu tố như pH, nhiệt độ, và nguồn carbon đều ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt động của vi khuẩn. Nghiên cứu cho thấy môi trường MRS là một trong những môi trường tiêu chuẩn cho việc nuôi cấy vi khuẩn lactic. Tuy nhiên, việc sử dụng các nguồn carbon thay thế như dịch chiết dứa có thể giảm chi phí sản xuất và tăng tính khả thi kinh tế. Tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy sẽ giúp tăng cường khả năng sản xuất và bảo quản probiotics.

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nuôi cấy

Các yếu tố như pH, nhiệt độ và nồng độ oxy có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của Lactobacillus acidophilus. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng pH tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn này thường nằm trong khoảng 5.5 đến 6.5. Nhiệt độ cũng là một yếu tố quan trọng; nhiệt độ tối ưu thường là 37 độ C. Việc kiểm soát các yếu tố này trong quy trình sản xuất sẽ giúp tăng cường khả năng sống sót và hoạt động của vi khuẩn, từ đó nâng cao chất lượng của chế phẩm probiotics.

III. Ứng dụng Lactobacillus acidophilus trong sản xuất probiotics

Chế phẩm probiotics từ Lactobacillus acidophilus đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng probiotics không chỉ giúp cải thiện sức khỏe đường ruột mà còn có tác dụng tích cực đến hệ miễn dịch. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất chế phẩm probiotics từ Lactobacillus acidophilus sẽ mang lại lợi ích lớn cho sức khỏe cộng đồng. Bên cạnh đó, các sản phẩm này còn có thể được sử dụng trong chăn nuôi để tăng cường sức khỏe cho động vật.

3.1 Lợi ích sức khỏe của probiotics

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng probiotics từ Lactobacillus acidophilus có khả năng cải thiện tiêu hóa, giảm triệu chứng khó tiêu và đầy bụng. Ngoài ra, chúng còn giúp tăng cường hệ miễn dịch, giảm nguy cơ mắc bệnh nhiễm trùng đường ruột. Việc bổ sung probiotics vào chế độ ăn uống hàng ngày có thể mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, đặc biệt là đối với những người có hệ tiêu hóa nhạy cảm hoặc đang điều trị bằng kháng sinh.

IV. Kết luận

Việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy cho Lactobacillus acidophilus không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất chế phẩm probiotics mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và ứng dụng vi sinh vật có lợi. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp nuôi cấy mới, tìm kiếm nguồn nguyên liệu rẻ và hiệu quả hơn để thay thế cho môi trường MRS truyền thống. Sự phát triển của ngành công nghiệp probiotics sẽ góp phần quan trọng trong việc cải thiện sức khỏe cộng đồng.

4.1 Đề xuất nghiên cứu trong tương lai

Cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về tác động của các yếu tố môi trường đến sự phát triển của Lactobacillus acidophilus. Ngoài ra, việc nghiên cứu các chủng vi khuẩn lactic khác có thể mang lại những phát hiện mới trong lĩnh vực sản xuất probiotics. Hướng nghiên cứu này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của probiotics trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Probitics laø nhöõng vi sinh vaät soáng coù aûnh höôûng toát ñeán vaät chuû baèng caùch giuùp caân baèng heä vi sinh vaät ñöôøng ruoät. Vi khuaån probiotics giuùp hoaøn thieän heä tieâu hoùa, khaùng caùc vi khuaån gaây beänh thoâng qua caùc chaát khaùng khuaån ( acid, bacteriocins, H2O2), taêng cöôøng heä thoáng mieãn dòch, giaûm cholesterol trong maùu, khaéc phuïc hieän töôïng khoâng tieâu hoùa ñöôøng lactose coù trong söõa, giaûm tieâu chaûy. Ñaëc bieät vi khuaån probiotics khoâng gaây haïi cho vaät chuû. Hieän nay probiotics ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc thöïc phaåm, döôïc phaåm, trong chaên nuoâi.

Söû duïng probiotics trong döôïc phaåm vaø chaên nuoâi coù theå haïn cheá ñöôïc vieäc söû duïng khaùng sinh, giaûm taùc ñoäng ñeán söùc khoûe con ngöôøi. Phaàn lôùn caùc cheá phaåm probiotics laø vi khuaån lactic ñöôïc phaân laäp töø heä ñöôøng ruoät cuûa ngöôøi vaø ñoäng vaät vaø ñöôïc xem laø an toaøn: L. Moâi tröôøng MRS laø moâi tröôøng chuaån ñeå phaân laäp vaø nuoâi caáy vi khuaån lacitc ñeå thu sinh khoái, nhöng neáu söû duïng moâi tröôøng naøy thì giaù thaønh saûn phaåm cao, keát quaû cheá phaåm taïo thaønh giaù raát cao. Ñeà taøi :” Toái öu hoùa moâi tröôøng nuoâi caáy vi khuaån Lactobacillus acidophilus ñeå saûn xuaát cheá phaåm probiotics ”.

Vôùi muïc ñích taän duïng caùc nguoàn nguyeân lieäu reû tieàn ñeå thay theá cho moâi tröôøng MRS trong saûn xuaát sinh khoái vi khuaån lactic noùi chung vaø L. acidophilus noùi rieâng. Noäi dung nghieân cöùu cuûa ñeà taøi:  Khảo sát chọn nguồn cacbon thay thế glucose trong môi trường lên men.  Toái öu hoùa moâi tröôøng cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuaån L.

acidophillus  So saùnh ñoäng hoïc nuoâi caáy L. acidophilus treân moâi tröôøng MRS vaø moâi tröôøng toái öu SVTH: Nguyeãn Hoaøng AÂn Trang 1 Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: TS. Nguyeãn Hoaøi Höông  So saùnh khaû naêng öùc cheá vi sinh vật chỉ thị (E. coli) cuûa dòch nuoâi cấy L.

acidophilus trong moâi tröôøng MRS vaø dòch chieát döùa toái öu. SVTH: Nguyeãn Hoaøng AÂn Trang 2 Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: TS. Nguyeãn Hoaøi Höông CHÖÔNG 2 - TOÅNG QUAN TAØI LIEÄU 2. Lòch söû nghieân cöùu Probiotics Vaøo nhöõng naêm ñaàu cuûa theá kyû 19, nhöõng nghieân cöùu ñaàu tieân veà söï töông taùc cuûa vi sinh vaät vôùi cô theå vaät chuû ñaõ bò phuû nhaän.

Ñeán ñaàu 1885, Escherich ñaõ mieâu taû veà söï hình thaønh heä vi sinh vaät trong ruoät cuûa treû em vaø neâu ra nhöõng lôïi ích cuûa chuùng trong tieâu hoaù. Doderlein khaúng ñònh raèng söï coù lôïi cuûa vi khuaån trong aâm ñaïo baèng caùch saûn xuaát ra acid lactic, noù coù theå ngaên chaën hoaëc öùc cheá söï phaùt trieån cuûa vi khuaån gaây beänh. Caùc vi khuaån saûn xuaát acid lactic trong quaù trình trao ñoåi chaát maø tieâu bieåu laø nhoùm vi khuaån leân men lactic ñaõ ñöôïc söû duïng keát hôïp vôùi caùc saûn phaåm leân men söõa. Cuoán saùch Prolongation of Life cuûa Metschnikoff ñaõ ñöa ra nhöõng lôïi ích cuûa vi khuaån lactic ñeán söùc khoeû cuûa con ngöôøi khi con ngöôøi söû duïng nhöõng saûn phaåm söõa keát hôïp vôùi caùc vi khuaån lactic.

OÂng cho raèng ngöôøi Cap-ca coù theå soáng laâu laø do hoï ñaõ söû duïng moät löôïng lôùn caùc saûn phaåm söõa leân men [19]. Henry Tissier laø moät baùc só khoa nhi ôû Phaùp kieåm tra phaân cuûa nhöõng treû em bò tieâu chaûy vaø thaáy raèng chæ chöùa moät löôïng ít caùc vi khuaån “bifi”. Trong khi ñoù vi khuaån naøy laïi toàn taïi moät löôïng lôùn trong phaân cuûa caùc treû em coù söùc khoeû toá t. OÂng cho raèng vi khuaån naøy coù theå giuùp beänh nhaân hoài phuïc laïi beänh.

Naêm 1917, tröôùc khi Alexander Fleming khaùm phaù ra ampicilin, giaùo sö Alfred Nissle ngöôøi Ñöùc ñaõ phaân laäp ra moät chuûng thuoäc loaøi E. coli khoâng gaây beänh töø phaân cuûa caùc chieán binh trong chieán tranh theá giôùi thöù nhaát vaø oâng ñaët teân chuûng naøy laø Nissle 1917. Caùc chieán binh naøy bò beänh vieâm ruoät keát vaø chuûng SVTH: Nguyeãn Hoaøng AÂn Trang 3 Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: TS. Nguyeãn Hoaøi Höông vi khuaån Nissle 1917 ñöôïc söû duïng nhö laø probiotics ñeå trò beänh cho caùc chieán só [46].

Ñònh nghóa Probiotics Probiotics laø thuaät ngöõ coù nguoàn goác töø Hy Laïp bao goàm coù hai töø: “pro” coù yù nghóa laø vì, “biosis” coù nghóa laø söï soáng. Probiotics ñöôïc ñònh nghóa ñaàu tieân laø do Parker(1974): “ nhöõng sinh vaät vaø caùc chaát maø giuùp caân baèng heä sinh vaät ñöôøng ruoät”. Nhöng 1989, Fuller ñaõ ñònh nghóa laïi Probiotics:” nhöõng vi sinh vaät soáng boå sung vaøo thöùc aên maø chuùng coù taùc ñoäng toát ñeán söùc khoeû cuûa ñoäng vaät chuû baèng caùch taïo caân baèng heä sinh vaät ñöôøng ruoät” [17]. Bifidobacteria vaø lactobacilli laø chi ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát.

Naám men (Saccharomyces cerevisiae), moät vaøi chuûng E. coli vaø Bacilllus spp cuõng ñöôïc söû duïng nhö moät probiotics [46]. Havenaar vaø Huis Int Veld, 1992 ñònh nghóa:” probiotics laø moät hoaëc söï keát hôïp cuûa caùc vi sinh vaät soáng, aûnh höôûng coù lôïi ñeán vaät chuû, hoaøn thieän heä vi sinh vaät ñöôøng ruoät [26]. Theo vieän khoa hoïc quoác teá ( International Life Sciences Institute), nhoùm laøm vieäc taïi chaâu AÂu (1998) ñònh nghóa probiotics: “ laø vi sinh vaät soáng boå sung vaøo thöùc aên taùc ñoäng coù lôïi ñeán vaät chuû” [26].

Theo toå chöùc thöïc phaåm, noâng nghieäp vaø söùc khoûe theá giôùi “ probiotics laø nhöõng vi sinh vaät soáng, khi maø söû duïng moät löôïng ñaày ñuû nhö laø thöùc aên, seõ mang laïi söùc khoûe toát cho vaät chuû ”û [25]. Theo FAO:” Nhöõng vi sinh vaät khi söû duïng vôùi moät löôïng ñuû seõ taùc ñoäng coù lôïi ñeán vaät chuû”. Haàu heát probiotics laø vi khuaån, sinh vaät ñôn baøo [49]. Cô cheá taùc ñoäng cuûa probiotics Söï töông taùc laãn nhau bình thöôøng cuûa heä vi sinh ñöôøng ruoät laø moät trong caùc yeáu toá quan troïng ñaûm baûo söùc khoûe cuûa vaät chuû, söï töông taùc naøy bò giaùn SVTH: Nguyeãn Hoaøng AÂn Trang 4 Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: TS.

Nguyeãn Hoaø i Höông ñoaïn coù theå daãn ñeán moät soá beänh lyù do maát caân baèng heä vi sinh ñöôøng ruoät laøm taêng nhanh soá löôïng vi khuaån gaây beänh. Probiotics ñöôïc chöùng minh laø coù khaû naêng choáng laïi moät soá taùc nhaân gaây beänh nhö Escherichia coli, Salmonella, Listeria monocytogenes, Helicobacter pylori, vaø rotavirus. Cô cheá taùc ñoäng cuûa probiotics nhö sau: 2. Sinh toång hôïp ra caùc chaát khaùng khuaån: bao goàm bacteriocins, acid höõu cô, vaø hydrogen peroxide.

Bacteriocins laø moät chaát khaùng khuaån, ñöôïc chia laøm 4 lôùp :  Lôùp thöù nhaát laø nhöõng phaân töû peptid nhoû (< 5 kDa)  Lôùp thöù hai laø nhöõng phaân töû peptid nhoû (< 10 kDa), thöôøng laø nhöõng phaân töû peptid hoaït ñoäng ôû maøng teá baøo.  Lôùp thöù 3 laø nhöõng phaân töû protein lôùn (>30 kDa), beàn veà nhieät, goàm caùc enzyme ngoaïi baøo  Lôùp thöù tö laø nhöõng bacteriocins phöùc taïp, ngoaøi protein coøn coù caùc thaønh phaàn khaùc nhö lipid vaø cacbohyrate [35]. Bacteriocins ñöôïc saûn xuaát bôûi vi khuaån lactic, khi tieán haønh phaân tích gen cuaû caùc vi khuaån lactobacilus goàm L. johnsonii NCC 533, vaø L.

sakei ñeàu thaáy chuùng laø caùc loaøi coù khaû naêng sinh bacteriocins vaø chuùng thöôøng ñoäc ñoái vi khuaån gram döông nhö Lactococcus, Streptococcus, Staphylococcus, Listeria, vaø Mycobacteria. Cô cheá hoaït ñoäng cô baûn cuûa bacteriocins chuû yeáu taïo neân nhöõng loã treân maøng teá baøo chaát vaø sau ñoù enzyme ñöôïc tieát ra gaây trôû ngaïi cho quaù trình trao ñoài chaát cuûa vi khuaån gaây beänh. Moät vaøi vi khuaån thuoäc chi Bifidobacteria cuõng coù khaû naêng saûn xuaát ra bacteriocins gaây ñoäc cho caû vi khuaån gram aâm vaø gram döông. Ñaëc bieät probiotics coøn kích thích caùc teá baøo bieåu moâ ruoät saûn xuaát ra caùc chaát khaùng khuaån [25].

SVTH: Nguyeãn Hoaøng AÂn Trang 5 Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: TS. Nguyeãn Hoaø i Höông Acid höõu cô cuõng coù taùc duïng öùc cheá söï phaùt trieån cuûa vi khuaån gaây beänh, ñöôïc saûn xuaát bôûi vi khuaån lactic nhö acetic, lactic, acid propionic laøm pH moâi tröôøng haï thaáp xuoáng aûnh höôûng ñeán pH noäi baøo cuûa vi khuaån gaây beänh. Moät vaøi vi khuaån chi Lactobacillus ngaên chaën söï phaùt trieån cuûa Salmonella enterica baèng caùch saûn xuaát ra acid lactic [25]. Hydrogen Peroxide cuõng laø chaát khaùng khuaån, moät vaøi vi khuaån Lactobacillus trong cô quan aâm ñaïo phuï nöõ ñöôïc tìm thaáy chuùng coù khaû naêng saûn sinh ra hydrogen peroxide ngaên caûn söï phaùt trieån vi khuaån gaây beänh gonococci trong cô quan sinh duïc nöõ.

Ngoaøi ra vi khuaån Lactobacillus coøn ngaên chaën söï phaùt trieån cuûa Gardnerella vaginalis khi coù söï keát hôïp cuûa hydrogen peroxide, lactic acid, vaø bacteriocins [25]. Caïnh tranh vò trí gaén keát Khả năng gắn kết trên biểu mô ruột là một yếu tố quan trọng cho vi sinh vật cư trú trên ruột, và cũng chính là giai đoạn đầu của quá trình xâm nhiễm. Probiotics trong heä tieâu hoùa coù chöùc naêng ngaên chaën khaû naêng baùm dính cuûa taùc nhaân gaây beänh vaø giaûm löôïng chaát ñoäc cuûa chuùng treân bieåu moâ ruoät. Moät vaøi vi khuaån Lactobacilli vaø Bifidobacteria coù khaû naêng caïnh tranh vò trí vôùi vi khuaån gaây beänh bao goàm S.

enterica, Yersinia enterocolitica vaø baùm dính treân teá baøo bieåu moâ ruoät. Moät vaøi tröôøng hôïp, vi khuaån probiotics coù theå chieám caû vò trí gaén keát cuûa vi khuaån gaây beänh ngay caû khi nhöõng vi khuaån gaây beänh naøy ñaõ baùm chaët treân teá baøo bieåu moâ neáu ñöôïc xöû lyù vôùi probiotics [25]. Lactobacillus GG vaø Lactobacillus plantarum 299V caïnh tranh vò trí baùm vôùi Escherichia coli 0157H7 vaø HT-29, Lactobacilli fermentum RC-14 caïnh tranh vò trí baùm dính vôùi Staphylococcus aureus do ñoù laøm giaûm söï baùm dính cuûa caùc taùc nhaân gaây beänh [25]. SVTH: Nguyeãn Hoaøng AÂn Trang 6 Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: TS.

Nguyeãn Hoaøi Höông Ngoaøi ra probiotics coøn coù caùc cô cheá khaùc taùc ñoäng leân caùc vi khuaån gaây beänh. Vi khuaån probiotics nhö Treptococcus thermophilus vaø Lactobacillus acidophilus enha hoaït hoùa taïo ra protein bòt kín vuøng bò toån thöông cuûa ruoät. Thöù hai, caùc vi khuaån probiotics khaùc nhö Lactobacillus rhamnosus GG coù khaû naêng ngaên ngöøa beänh vieâm ruoät vaø caùc teá baøo cheát baùm treân bieåu moâ ruoät. Cuoái cuøng laø chöùc naêng ngaên chaën, lactobacillus ñöôïc chöùng minh raèng laø chuûng coù khaû naêng laøm giaûm ñoä thaåm thaáu vaøo maøng nhaày, haïn cheá ñöôïc söï xaâm nhaäp cuûa vi sinh vaät coù kích thöôùc nhoû ôû chuoät [26].

Sinh toång hôïp chaát nhaøy laø moät trong nhöõng cô cheá choáng laïi caùc taùc nhaân gaây beänh, chaát nhaày seõ coâ laäp, baát hoaït vi sinh vaät gaây beänh. MUC2 vaø MUC3 laø hai mRNA laøm taêng kích thích saûn sinh ra chaát nhaày, baûo veä teá baøo bieåu moâ choáng laïi söï baùm dính cuûa vi khuaån gaây beänh. Lactobacillus plantarum 299v ñöôïc chöùng minh raèng coù khaû naêng laøm giaûm taùc ñoäng cuûa E. coli treân teá baøo bieåu moâ ruoät.

Caïnh tranh nguoàn dinh döôõng Probiotics coøn coù khaû naêng caïnh tranh caùc chaát dinh döôõng vôùi caùc vi sinh vaät gaây beänh.