Khảo sát ảnh hưởng của một số prebiotics lên quá trình nuôi cấy lactobacillus acidophilus và bifidobaterium longum

  • Số trang: 49 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 30 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI HOÀNG THỊ MINH THU KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ PREBIOTICS LÊN QUÁ TRÌNH NUÔI CẤY Lactobacillus acidophilus VÀ Bifidobacterium longum KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI – 2015 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI HOÀNG THỊ MINH THU KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ PREBIOTICS LÊN QUÁ TRÌNH NUÔI CẤY Lactobacillus acidophilus VÀ Bifidobacterium longum KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Khắc Tiệp Nơi thực hiện: BM Công nghiệp Dược HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Khóa luận này được thực hiện và hoàn thành tại tổ Vi sinh – bộ môn Công nghiệp Dược. Trong thời gian thực hiện khóa luận, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và gia đình. Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Nguyễn Khắc Tiệp, người đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Đàm Thanh Xuân, người đã giúp đỡ và truyền cho tôi nhiều kinh nghiệm, ý kiến quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành khóa luận này. Xin chân thành cảm ơn DS. Lê Ngọc Khánh cùng các thầy cô, các anh chị kỹ thuật viên của bộ môn Công nghiệp Dược đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và làm thực nghiệm tại bộ môn. Nhân dịp này, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu và toàn thể các thầy cô trong trường đã dạy dỗ và dìu dắt tôi trong suốt 5 năm học ở trường. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn luôn động viên, ủng hộ và hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên Hoàng Thị Minh Thu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1 Chương 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 2 1.1. Đại cương về probiotics ......................................................................................... 2 1.1.1. Khái niệm probiotics .......................................................................................... 2 1.1.2. Các vi sinh vật thường dùng trong các chế phẩm probiotics ............................. 3 1.1.3. Tác dụng của probiotics với sức khỏe ................................................................ 6 1.2. Đại cương về prebiotics ......................................................................................... 8 1.2.1. Khái niệm prebiotics........................................................................................... 8 1.2.2. Các chất được sử dụng làm prebiotics ................................................................ 9 1.2.3. Tác dụng của prebiotics với sức khỏe .............................................................. 12 1.3. Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của prebiotics lên probiotics trên thế giới ...... 13 1.4. Một số chế phẩm synbiotics trên thị trường Việt Nam ........................................ 14 Chương 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 15 2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị ................................................................................... 15 2.1.1. Nguyên vật liệu ................................................................................................. 15 2.1.2. Môi trường sử dụng trong nghiên cứu .............................................................. 15 2.1.3. Thiết bị .............................................................................................................. 16 2.2. 2.2.1. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 16 Khảo sát ảnh hưởng của inulin lên khả năng sinh trưởng và phát triển của Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium longum ................................................. 16 2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của lactulose lên khả năng sinh trưởng và phát triển của Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium longum ................................................. 17 2.3. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 17 2.3.1. Phương pháp nhân giống .................................................................................. 17 2.3.2. Phương pháp nuôi cấy thu hỗn dịch tế bào ...................................................... 17 2.3.3. Phương pháp xác định pH dịch lên men........................................................... 17 2.3.4. Định lượng vi sinh vật bằng phương pháp đếm khuẩn lạc trên đĩa thạch ........ 17 2.3.5. Định lượng vi sinh vật bằng phương pháp đo mật độ quang ........................... 19 2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 19 Chương 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................... 20 3.1. Khảo sát ảnh hưởng của inulin lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium longum ................................................. 20 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ inulin lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Lactobacillus acidophilus ........................................................................................ 20 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ inulin lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Bifidobacterium longum .......................................................................................... 22 3.1.3. 3.2. Bàn luận ............................................................................................................ 26 Khảo sát ảnh hưởng của lactulose lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium longum ................................................. 27 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ lactulose lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Lactobacillus acidophilus ........................................................................................ 27 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ lactulose lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Bifidobacterium longum .......................................................................................... 31 3.2.3. Bàn luận ............................................................................................................ 34 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................................................... 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT cfu : Colony – Forming Units (Số đơn vị khuẩn lạc) FAO : Food and Agriculture Organization (Tổ chức Nông lương thế giới) FOS : Fructo – oligosacharid GOS : Galacto – oligosacharid MRS : de Man, Rogosa, Sharpe MT : Môi trường NK : Nature killer cells (tế bào diệt tự nhiên) PPI : Proton-pump inhibitor (Thuốc ức chế bơm proton) VLDL : Very Low Denstiy Lipoprotein (Lipoprotein trọng lượng rất thấp) VSV : Vi sinh vật WGO : World Gastroenterology Organization (Tổ chức Tiêu hóa thế giới) WHO : World Health Organization (Tổ chức Y tế thế giới) DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1 Bảng 2.1. Các hóa chất dùng trong nghiên cứu 15 2 Bảng 2.2. Các thiết bị dùng trong nghiên cứu 16 3 4 5 6 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của sự bổ sung inulin vào môi trường nuôi cấy lên khả năng sinh trưởng, phát triển của L. acidophilus Bảng 3.2. Ảnh hưởng của sự bổ sung inulin vào môi trường nuôi cấy lên khả năng sinh trưởng, phát triển của B. longum Bảng 3.3. Ảnh hưởng của sự bổ sung lactulose vào môi trường nuôi cấy lên khả năng sinh trưởng, phát triển của L. acidophilus Bảng 3.4. Ảnh hưởng của sự bổ sung lactulose vào môi trường nuôi cấy lên khả năng sinh trưởng, phát triển của B. longum 21 24 28 32 DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 1 Hình 1.1. Lactobacillus acidophilus dưới kính hiển vi điện tử 4 2 Hình 1.2. Bifidobacterium longum dưới kính hiển vi điện tử 5 3 Hình 1.3. Công thức cấu tạo của inulin 10 4 Hình 1.4. Công thức cấu tạo của lactulose 11 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn biến thiên số lượng vi sinh vật và pH 5 dịch nuôi cấy khi thay đổi nồng độ inulin bổ sung vào môi trường 21 nuôi cấy L. acidophilus Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn biến thiên pH và mật độ quang dịch 6 nuôi cấy khi thay đổi nồng độ inulin bổ sung vào môi trường nuôi 25 cấy B. longum Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn biến thiên số lượng vi sinh vật và pH 7 dịch nuôi cấy khi thay đổi nồng độ lactulose bổ sung vào môi 29 trường nuôi cấy L. acidophilus Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn biến thiên pH và mật độ quang dịch 8 nuôi cấy khi thay đổi nồng độ lactulose bổ sung vào môi trường nuôi cấy B. longum 32 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thời gian gần đây các chế phẩm chăm sóc sức khỏe có nguồn gốc probiotics ngày càng gia tăng mạnh mẽ về số lượng. Tuy nhiên, các vi sinh vật probiotics này rất nhạy cảm với sự thay đổi của điều kiện môi trường bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ oxy hòa tan và hàng rào sinh học của hệ tiêu hóa. Do đó, trong quá trình bảo quản và sau khi vào hệ tiêu hóa, số lượng vi khuẩn còn sống sót rất hạn chế [34]. Để giải quyết vấn đề này, một trong những hướng nghiên cứu đáng chú ý gần đây là bổ sung thêm prebiotics nhằm làm tăng số lượng vi sinh vật trong chế phẩm cũng như tăng khả năng chống chịu của chúng trước các điều kiện bất lợi trong quá trình bảo quản, sử dụng. Sự kết hợp này tạo ra synbiotics. Có thể thấy các sản phẩm synbiotics ngày càng có mặt phổ biến trên thị trường với sự kết hợp rất đa dạng giữa các chủng probiotics và prebiotics như: Lactobacillus acidophilus/inulin, Lactobacillus rhamnosus/FOS, Bifidobacterium breve/GOS, Bifidobacterium longum/lactulose,… Tuy nhiên câu hỏi đặt ra là sản phẩm nào mới thực sự có tác dụng vượt trội bởi mỗi vi sinh vật sống trong probiotics chỉ phù hợp với một hoặc một số prebiotics và ngược lại. Xuất phát từ lý do này, chúng tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của một số prebiotics lên quá trình nuôi cấy Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium longum” nhằm 2 mục tiêu:  Khảo sát ảnh hưởng của inulin lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium longum.  Khảo sát ảnh hưởng của lactulose lên khả năng sinh trưởng, phát triển của Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium longum. 2 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Đại cương về probiotics 1.1.1. Khái niệm probiotics Probiotics là thuật ngữ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “dành cho sự sống”, dùng để chỉ những vi khuẩn mang lại những tác động có lợi cho vật chủ . Từ hàng nghìn năm trước đây, con người đã biết sử dụng các chế phẩm sữa lên men với mục đích tăng cường sức khỏe. Tuy nhiên, phải đến đầu thế kỉ XIX, nhà khoa học người Nga Elie Metchnikoff mới thực sự nghiên cứu vấn đề này trên cơ sở khoa học. Trong cuốn sách “Kéo dài sự sống” của mình xuất bản năm 1907, ông nhận thấy ăn sữa chua có chứa vi khuẩn lactic làm giảm số lượng các vi khuẩn có hại trong đường ruột và giúp con người sống lâu hơn [6]. Thuật ngữ “probiotics” được nhắc đến lần đầu tiên vào năm 1953 bởi Kollath. Theo ông, probiotics là “các yếu tố có nguồn gốc từ vi khuẩn, kích thích sự phát triển của các vi khuẩn khác” [15]. Đến năm 1989, Fuller mới đưa ra một định nghĩa đầy đủ đầu tiên về probiotics: “probiotics là thực phẩm bổ sung các VSV sống đem lại các tác động có lợi cho vật chủ bằng cách cải thiện cân bằng hệ vi sinh đường ruột” [53]. Năm 2002, WHO và FAO đã đưa ra định nghĩa ngắn gọn và hoàn chỉnh nhất về probiotics ở thời điểm hiện tại như sau: “probiotics là những vi sinh vật sống mà khi đưa vào cơ thể với một lượng đủ lớn sẽ đem lại tác động có lợi cho sức khỏe vật chủ” [68], [72]. Theo đó, tiêu chuẩn quan trọng nhất để chọn chủng vi khuẩn probiotics sử dụng dưới dạng thực phẩm là chủng đó phải có khả năng sống sót qua hệ tiêu hóa và phải có khả năng phát triển trong ruột. Do trong quá trình sử dụng, vi khuẩn probiotics phải đối mặt với nhiều điều kiện bất lợi của đường tiêu hóa nên để đem lại tác dụng, bất cứ sản phẩm chứa probiotics nào cũng phải chứa ít nhất 106 cfu/ml tế bào vi sinh vật sống cho đến ngày hết hạn sử dụng để đảm bảo tác dụng điều trị (FAO/WHO) [6], [59]. 3 1.1.2. Các vi sinh vật thường dùng trong các chế phẩm probiotics Không phải vi sinh vật nào cũng có thể lựa chọn để sử dụng trong chế phẩm probiotics, theo M. de Vrese và J. Schrezenmeir, chúng cần thỏa mãn những tiêu chí sau [42]:  Có khả năng chống chịu được dịch vị, acid mật cũng như enzym tiêu hóa  Có khả năng bám dính vào niêm mạc đường tiêu hóa  Không gây bệnh, không sinh độc tố  Có khả năng sống và cư trú trong ruột Bốn nhóm vi sinh vật thường được sử dụng trong các chế phẩm probiotics là: Lactobacillus, Bifidobacterium, Saccharomyces, Enterococcus. Trong đó, Lactobacillus và Bifidobacterium là hai loại vi khuẩn được sử dụng nhiều nhất [59].  Lactobacillus acidophilus Lactobacillus acidophilus là đại diện chính của nhóm vi khuẩn sinh lactic, thuộc họ Lactobacillaceae, chi Lactobacillus. L. acidophilus là trực khuẩn Gram (+), hình que hay hình cầu, kích thước từ 0,6 – 0,9 × 1,5 – 6,0µm, mọc đơn hoặc mọc đôi tạo thành chuỗi ngắn. L. acidophilus không có lông roi, không di động, không sinh bào tử, không ưa muối, kị khí không bắt buộc, cho phản ứng catalase âm tính. Nhiệt độ phát triển tối ưu của loài là 37˚C, không phát triển trong khoảng 20oC – 22oC, tối đa trong khoảng 43oC – 48oC. Tên gọi của loài có nghĩa là “ưa acid” cho thấy L. acidophilus có thể phát triển trong môi trường acid, điều kiện acid trong khoảng pH 5 - 6, thời gian 24 – 36h [2]. L. acidophilus có khả năng lên men nhiều loại đường như glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose và sucrose, quá trình này tạo ra các acid hữu cơ (chủ yếu là acid lactic) làm giảm pH môi trường, ngoài ra có thể tạo ra các chất khí như H2 và CO2. Một vài chủng lên men raffinose, trehalose và dextrin yếu. L. acidophilus không lên men các đường xylose, arabinose, rhamnose, glycerol, mannitol, sorbitol, dulcitol và inositol [9]. 4 Hình 1.1. Lactobacillus acidophilus dưới kính hiển vi điện tử L. acidophilus chiếm tỉ lệ chủ yếu trong số các vi sinh vật có ích cư trú ở ruột non [23]. Chúng đối kháng lại sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh đường ruột như Staphylococcus aureus, Salmonella typhimuriuma và Clostridium perfringens bằng cách cạnh tranh chất dinh dưỡng, năng lượng cũng như vị trí bám lên niêm mạc ruột của các vi khuẩn gây bệnh, sinh ra các chất có tác dụng kháng khuẩn làm cho vi khuẩn có hại không phát triển được, do đó góp phần chống lại các nhiễm khuẩn đường ruột, phòng ngừa bệnh tiêu chảy [34]. L. acidophilus còn giúp ngăn ngừa cholesterol máu cao nhờ tác dụng phân giải các acid mật thành các acid tự do, buộc cơ thể phải tổng hợp mới acid mật từ cholesterol, gây ra tác dụng giảm nồng độ cholesterol toàn phần trong cơ thể [23], [65]. Ngoài ra L. acidophilus làm tăng các đáp ứng miễn dịch không đặc hiệu như chức năng thực bào, số lượng các tế bào NK và các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu (hoạt động sản xuất kháng thể, cytokinase, tăng sinh các tế bào lympho,…), vì vậy góp phần cải thiện chức năng miễn dịch của vật chủ. Một vài nghiên cứu khác còn chứng minh L. acidophilus làm tăng cường chức năng của hệ tiêu hóa, làm giảm triệu chứng khó tiêu, cải thiện khả năng dung nạp lactose và ngăn ngừa ung thư ruột kết [34]. 5  Bifidobacterium longum B. longum thuộc nhóm vi sinh vật sinh acid lactic và thuộc chi Bifidobacterium, có thể được phân lập từ phân người lớn và trẻ sơ sinh. Chúng là vi khuẩn Gram dương, hình que dài và mỏng, ít phân nhánh, kị khí bắt buộc, không di động, không sinh bào tử và cho phản ứng catalase âm tính. B. longum tăng trưởng tốt nhất ở pH 6,5 - 7, không tăng trưởng ở pH trên 8,5. B. longum phát triển tối ưu ở nhiệt độ 37 – 41˚C, không thể phát triển dưới 20˚C và trên 46˚C [10], [26]. Hình 1.2. Bifidobacterium longum dưới kính hiển vi điện tử B. longum có khả năng lên men các loại đường: arabinose, xylose, glucose, fructose, mannose, galactose, maltose, sucrose, lactose, melibiose, ribose và arabinogalactan. Sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men là acid lactic và acid acetic [25]. Vi khuẩn bifido có thể phát triển trên nhiều nguồn carbon. Một số nguồn carbohydrat khác như oligofructose, inulin, lactulose [69], được xác nhận là các chất có hoạt tính bifidogenic và được sử dụng như thức ăn bổ sung, kích thích có chọn lọc sự phát triển của vi khuẩn bifido trong ruột, bao gồm cả B. longum [30], [50]. Ngoài ra B. 6 longum không có khả năng lên men các đường: rhamnose, melezitose, cellobiose, trehalose, dextrin, tinh bột, sorbitol, glycerol, salicin [25]. B. longum đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho hệ tiêu hóa và hệ miễn dịch của con người khỏe mạnh, đặc biệt là đối với trẻ sơ sinh. Chúng hỗ trợ cân bằng vi khuẩn đường ruột, giảm lượng nitrat sinh ra trong quá trình tiêu hóa thức ăn và có thể ngăn ngừa ung thư ruột kết. Chúng còn ngăn chặn hoạt động của các độc tố verocytotoxin sinh ra bởi một số chủng thuộc E. coli và Shigella, gây bệnh viêm, xuất huyết đường ruột do có khả năng sinh ra các hợp chất kết hợp với các verocytotoxin. Ngoài ra B. longum còn giúp hỗ trợ trong điều trị bệnh celiac (bệnh lý đường ruột gây ra bởi tình trạng nhạy cảm với gluten, một loại protein được tìm thấy trong lúa mì, gây đến tình trạng viêm và bất sản niêm mạc ruột non), do đó cải thiện tình trạng sức khỏe của các bệnh nhân mắc bệnh này [45]. B. longum cũng giúp hỗ trợ giảm cân và điều trị táo bón. Thử nghiệm cho thấy những người sử dụng B. longum đạt được kết quả điều trị táo bón tốt hơn so với những người dùng thuốc nhuận tràng [8]. B. longum còn có thể được sử dụng như vector vận chuyển gen để điều trị ung thư vú bằng cách đưa plasmid có gen cytosine deaminase vào B. longum. Những B. longum vận chuyển này sẽ tạo ra cytosine deaminase trong các khối u kị khí. Đây là một phương pháp đầy triển vọng và hứa hẹn trong tương lai [29]. 1.1.3. Tác dụng của probiotics với sức khỏe Probiotics có một số tác dụng chính như sau: a. Ứng dụng trị liệu trong một số bệnh đường tiêu hóa ở người  Ngăn chặn bệnh tiêu chảy Probiotics được chứng mình là có tác dụng trong điều trị bệnh tiêu chảy. Hai tác nhân có hiệu quả rõ rệt trong việc phòng ngừa tiêu chảy do kháng sinh là vi khuẩn Lactobacillus rhamnosus GG và nấm men Saccharomyces boulardii [66]. Các tác nhân khác đang được nghiên cứu là Bacillus clausii, Bifidobacterium longum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus,... [5], [66]. 7  Tác dụng lên bệnh viêm loét dạ dày tá tràng Nhiều nghiên cứu cho thấy điều trị viêm loét dạ dày tá tràng dùng kết hợp phương pháp điều trị bằng PPI và kháng sinh với chế phẩm probiotics đã làm giảm đáng kể tác dụng không mong muốn của kháng sinh đến hệ vi sinh vật đường tiêu hóa. Do vậy, sử dụng probiotics để phòng ngừa các bệnh lý liên quan đến viêm loét dạ dày tá tràng là một hướng điều trị được chú ý trong những năm gần đây [23], [27]. Ngoài ra, probiotics còn có một số tác dụng khác như: tăng cường khả năng tiêu hóa lactose và hoạt động của các enzym khác, điều trị rối loạn tiêu hóa do dùng kháng sinh [5], viêm ruột mạn tính, điều trị ung thư ruột kết... [23]. b. Tăng cường miễn dịch Vi khuẩn lactic làm tăng cả 2 loại đáp ứng miễn dịch: miễn dịch đặc hiệu (tăng sản xuất kháng thể, cytokinase, tăng sinh tế bào lympho) và miễn dịch không đặc hiệu miễn dịch tự nhiên (tăng cường chức năng của đại thực bào, tăng số lượng và tăng hoạt động của tế bào diệt tự nhiên) [40], [59]. c. Hạ cholesterol máu Vi khuẩn probiotics có thể lên men carbohydrat không tiêu hóa được và tạo các acid béo chuỗi ngắn trong ruột, những chất này ức chế sự tổng hợp cholesterol trong gan hoặc tái phân phối cholesterol từ huyết tương đến gan, vì vậy làm giảm lượng cholesterol trong máu. Các chủng đơn lẻ có thể phân hủy muối mật và cản trở sự hấp thu cholesterol từ đường ruột [15], [32], [33]. d. Chống lại tác nhân gây ung thư Tác dụng chống khối u của probiotics có thể do một số cơ chế sau: gắn với tác nhân đột biến, sản xuất các chất chống đột biến, ức chế enzym tiền ung thư như nitroreductase và β-glucuronidase, tăng cường sản xuất β-glucosidase, chất giải phóng flavonoid, sản xuất các chất chống oxy hóa... [15]. 8 1.2. Đại cương về prebiotics 1.2.1. Khái niệm prebiotics Khái niệm prebiotics lần đầu tiên được Gibson và Roberfroid định nghĩa vào năm 1995 như sau: “prebiotics là các thành phần thực phẩm không tiêu hóa được, mang lại tác động có lợi cho vật chủ bằng cách kích thích có chọn lọc sự phát triển và/hoặc hoạt động của một hoặc một số lượng hạn chế các loài vi khuẩn trong ruột già, do đó góp phần cải thiện sức khỏe vật chủ” [30], [42]. Từ khi được giới thiệu, prebiotics thu hút rất nhiều sự chú ý của các nhà khoa học. Tuy nhiên tiêu chí thứ ba trong khái niệm về prebiotics – cải thiện sức khỏe vật chủ bằng cách kích thích có chọn lọc sự phát triển và hoạt động của một số lượng hạn chế các loài vi khuẩn trong ruột – là hầu như không thể xác định. Khó có thể trả lời chính xác có bao nhiêu dòng vi khuẩn có lợi nằm trong số các loài vi khuẩn được kích thích ấy. Do đó vào năm 2007, các tác giả đã xem xét lại và đưa ra một khái niệm mới, trong đó prebiotics được định nghĩa là thành phần được lên men có chọn lọc, tạo ra sự thay đổi về thành phần và/hoặc hoạt động của hệ vi sinh vật đường ruột, mang lại lợi ích cho sức khỏe vật chủ [42], [56]. Năm 2011, WGO cũng đưa ra định nghĩa về prebiotics, được phát biểu như sau: “prebiotics là những thành phần thực phẩm (hầu hết là chất xơ và các oligosaccharid không bị tiêu hóa bởi enzym trong cơ thể con người) nuôi dưỡng một nhóm vi sinh vật chọn lọc đường ruột. Chúng kích thích sự phát triển của các vi sinh vật có lợi hơn là các vi sinh vật gây hại” [46]. Vai trò của prebiotics là kích thích có chọn lọc sự phát triển và hoạt động của các vi khuẩn có lợi như vi khuẩn lactic, vi khuẩn bifido, do đó, để tăng hiệu quả của prebiotics cũng như probiotics, synbiotics đã ra đời. Theo Gibson và Roberfroid, synbiotics là hỗn hợp của probiotics và prebiotics phù hợp, mang lại tác động có lợi cho con người bằng cách cải thiện khả năng sống sót và phát triển của vi sinh vật sống 9 được bổ sung trong ruột [30]. Synbiotics thể hiện cả tác dụng của probiotics và prebiotics [46]. 1.2.2. Các chất được sử dụng làm prebiotics Theo Gibson và Roberfroid, không phải bất cứ loại carbohydrat nào cũng có thể xếp vào prebiotics mà chúng cần thỏa mãn các điều kiện sau [56]:  Chống chịu được môi trường acid dạ dày, không bị phân giải bởi enzym đường ruột và không bị hấp thu ở ruột.  Có khả năng lên men bởi các vi khuẩn đường ruột.  Kích thích có chọn lọc sự phát triển và/hoặc hoạt động của vi khuẩn đường ruột có lợi cho sức khỏe. Hiện nay chỉ có những carbohydrat như inulin, fructo-oligosaccharid (FOS), (trans) galacto-oligosaccharid (TOS hoặc GOS) hay lactulose là đáp ứng được các yêu cầu này [42], [46]. Prebiotics chủ yếu kích thích sự phát triển của vi khuẩn bifido, vì vậy chúng được xem như yếu tố bifidogenic [11], [30], [40].  Inulin [43] Inulin là một fructan mạch thẳng [52], được chiết xuất từ rễ cây rau diếp xoắn, cấu tạo bởi 2 – 60 phân tử fructose nối với nhau bởi liên kết β(2 – 1), có thể liên kết hoặc không liên kết với một phân tử glucose ở đầu chuỗi bằng liên kết α(1 – 2) [19], [71]. Về tính chất vật lý, inulin là một chất không màu, không mùi, tan vừa phải trong nước, độ tan phụ thuộc vào nhiệt độ và chiều dài mạch polyme [55]. Điểm đặc biệt trong cấu trúc của inulin là liên kết β(2 – 1) giữa các phân tử fructose. Nhờ liên kết này, inulin không bị tiêu hóa bởi amylase, acid dạ dày hay các enzym thủy phân khác ở ruột non như các loại carbonhydrat thông thường [55]. Đến ruột già, chúng bị vi khuẩn ở đây lên men, sản phẩm tạo thành là các acid béo chuỗi ngắn trong đó sản phẩm chính và quan trọng nhất là butyrat. Tác dụng được biết đến nhiều nhất của inulin là kích thích sự phát triển của vi khuẩn lactic và vi khuẩn bifido trong ruột. Điều này đã được chứng 10 minh trong nhiều nghiên cứu [24], [30], [36]. Tác dụng bifidogenic của inulin không phụ thuộc vào độ dài mạch polyme [30], [57]. Hình 1.3. Công thức cấu tạo của inulin Ở nhiều nước, inulin được sử dụng để thay thế chất béo hoặc đường và giảm lượng calo trong thực phẩm như kem, các sản phẩm từ sữa, bánh kẹo… Từ lâu inulin cũng được sử dụng thay thế đường cho bệnh nhân tiểu đường [39]. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh inulin không ảnh hưởng đến nồng độ glucose huyết tương, không kích thích tiết insulin cũng như không ảnh hưởng đến sự tiết glucagon [12], [62]. Bên cạnh đó, inulin còn giúp giảm triglycerid huyết tương và cholesterol máu ở những bệnh nhân thừa cholesterol [14], [28]. Là chất xơ, inulin có tác dụng nhuận tràng, làm tăng số lần đại tiện ở bệnh nhân bị táo bón [30], [41], tăng khối lượng phân [30], [44], giúp hỗ trợ điều trị táo bón. Nhiều nghiên cứu cũng đã chứng minh inulin làm tăng hấp thu và lắng đọng canxi trong xương [17], [20], [38], điều này đem lại nhiều hứa hẹn trong việc sử dụng inulin để phòng ngừa loãng xương.  Lactulose [51] Lactulose (4-0-β-D-galactopyranosyl-D-fructofuranose) là một disaccharid tổng hợp, sản phẩm đồng phân hóa của lactose, cấu tạo gồm hai phân tử đường fructose và galactose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 glycosidic. Liên kết này của lactulose 11 không bị thủy phân bởi các enzym tiêu hóa của động vật có vú do đó lactulose có thể bền vững trong dạ dày [58] và đến ruột già bị các vi sinh vật phân giải tạo thành acid lactic, acid acetic và acid formic, làm giảm pH đường ruột, ức chế sự hình thành và tăng đào thải amoniac đồng thời tăng áp suất thẩm thấu thúc đẩy nhu động ruột [63]. Lactulose được sử dụng đặc trưng bởi Bifidobacterium sống trong đường ruột của người [67]. Chúng kích thích sự phát triển của vi khuẩn có lợi trong đường ruột như vi khuẩn bifido (Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum…) và vi khuẩn lactic (Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei…), đồng thời ngăn chặn vi khuẩn có hại như Salmonella [7], [49]. Hình 1.4. Công thức cấu tạo của lactulose Trong công nghệ thực phẩm, lactulose được sử dụng rộng rãi trong sữa bột, sữa chua, bánh mì, bánh quy, socola,… và còn được sử dụng như đường thay thế cho bệnh nhân tiểu đường [18], [67]. Trong công nghệ dược phẩm, lactulose được sử dụng để điều trị bệnh táo bón do có tác dụng thẩm thấu tại chỗ ở đại tràng, nên làm tăng lượng nước trong phân, làm mềm phân và kích thích nhu động ruột. Ngoài ra, khi vào trong ruột, lactulose được chuyển hóa bởi các vi khuẩn đường ruột thành acid lactic và một lượng nhỏ acid acetic và acid formic. Những acid này làm giảm pH của phân và chuyển amoniac là dạng khuếch tán sang dạng ion amoni không khuếch tán được từ ruột vào máu, làm giảm amoniac máu, do đó lactulose được dùng để điều trị bệnh não gan, biến chứng của bệnh gan. Ngoài ra lactulose còn có tác dụng điều trị nhiễm 12 Salmonella, phòng chống ung thư, tăng cường miễn dịch, chống nội độc tố, điều hòa lượng đường và insulin trong máu [63]. 1.2.3. Tác dụng của prebiotics với sức khỏe Prebiotics có những tác dụng chính sau:  Ảnh hưởng đến sự thay đổi hệ vi sinh vật đường ruột Bằng chứng từ các thử nghiệm dinh dưỡng ở người đã cho thấy prebiotics ảnh hưởng đến thành phần của hệ VSV đường ruột, thúc đẩy các VSV như vi khuẩn lactic và vi khuẩn bifido. Những vi khuẩn này có thể lên men prebiotics tạo thành các acid béo chuỗi ngắn, các vitamin và các hợp chất khác, từ đó đem lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người. Một trong những lợi thế mà prebiotics trong chế phẩm sinh học có là các vi khuẩn cần thiết đã hiện diện sẵn trong vật chủ, tuy nhiên đôi khi do bệnh, các vi sinh vật này có thể không hoặc ít có trong ruột, vì thế các prebiotics sẽ không thể hiện tác dụng hữu ích [22].  Tăng cường miễn dịch Các nghiên cứu chỉ ra bổ sung FOS và lactulose trong chế độ ăn uống sẽ tăng sản xuất globulin miễn dịch niêm mạc, hạch bạch huyết mạc treo. Bằng chứng đến nay cho thấy prebiotics có thể có tác dụng đáng kể đến hệ miễn dịch. Tuy nhiên kết quả không rõ đây là tác dụng trực tiếp hay gián tiếp thông qua các acid béo chuỗi ngắn, vốn được biết là có tính chất điều hòa miễn dịch [22].  Tác dụng trên chuyển hóa lipid Thử nghiệm trên động vật và một vài nghiên cứu trên người cho thấy cholesterol, chất béo trung tính trong cơ thể giảm khi sử dụng prebiotics. Những con chuột được bổ sung oligofructose có phospholipid và mức triacylglycerol thấp hơn đáng kể trong huyết thanh, và đặc biệt giảm đáng kể lượng VLDL được sản xuất trong gan. Cơ chế tác dụng có thể là do các propionat được sản xuất trong quá trình lên men prebiotics đã ức chế tổng hợp acid béo trong cơ thể. Điều đó cũng giải thích tại sao ở động vật béo
- Xem thêm -