3. Nội dung nghiên cứu
1.4.3. Hệ vi khuẩn lactic trong ruột cá
Trong những nghiên cứu gần đây cho thấy vi khuẩn lactic là một trong những tác nhân chính kiểm soát sinh học trong nuôi trồng thủy sản.
Lactobacillus trên da, mang cá và trong ruột được tìm thấy lần đầu tiên trong báo cáo của Dyer (1947). Chúng là một phần của hệ vi sinh vật trong ấu trùng, cá giống và cá ở họ cá Escocidae, cá chép, cá vượt. Ngày nay Lactobacillus được chứng minh rằng chúng là một phần của hệ vi sinh vật đường ruột của cá hồi chấm hồng Bắc cực, cá tuyết Đại tây dương, cá hồi nâu. Tuy nhiên Lactobacillus không thuộc về nhóm vi sinh vật chiếm ưu thế.
Vi khuẩn Enterococcus cũng đã được phân lập từ ruột của cá chép, cá hồi Đại Tây Dương. Trong cá chép, Enterococcus faecium được phân lập nhưng với số lượng nhỏ. Chúng có tiềm năng probiotic trong cá, vì có thể tăng trưởng ở pH 9,6 trong nồng độ NaCl 6.5% , 40% và ở nhiệt độ nuôi cấy cao (50oC).
Ngoài Lactobacillus và Enterococcus trong ruột cá còn có Carnobacteria, Aerococcus, Enterococcus, Lactococcus, Pediococcus, Streptococcus, Vagococcus
nhưng chưa có nhiều nghiên cứu cho thấy mức độ tồn tại của chúng [66].
Allameh và cs (2012) đã tiến hành phân lập, định danh và mô tả các đặc tính của Leuconostoc mesenteroides như là một probiotic mới từ ruột cá lóc (Channa striatus). Năm chủng vi khuẩn lactic được phân lập từ ruột cá đã được khảo sát để đánh giá các tính chất probiotic. Kết quả cho thấy Leuconostoc mesenteroides có thể tồn tại và phát triển từ pH 3-8 và tốc độ tăng trưởng cao nhất ở điều kiện pH trung tính (pH 7). Ngoài ra, L. mesenteroides chịu đựng nồng độ 0, 0.15 và 0.3% muối mật. Vi khuẩn này cũng cho thấy hoạt động ức chế đối với ba tác nhân gây bệnh thường gây bệnh cho cá bao gồm Aeromonas hydrophila, Pseudomonas aeruginosa và Shewanella putrefaciens [14].
Rauta và cộng sự (2013) đã sàng lọc và khảo sát các đặc tính probiotic của các chủng vi khuẩn được phân lập từ phế phẩm thực vật và ruột cá. Có tổng số 16 chủng vi khuẩn lactic được phân lập trên môi trường MRS. Thông qua kỹ thuật PCR và
giải trình tự 16 S rDNA đã có 6 chủng được chọn là KTIT, KT2W, KT1B, KA2, FS đã được xác định là Lactobacillus casei và KT1 đã được xác định là Lactobacillus delbrueckii. Trong số đó chủng KT1 (Lactobacillus delbrueckii) đã được chứng minh có khả năng probiotic nổi trội hơn các chủng khác vì có thể tạo hợp chất kháng sinh bacteriocin, và có tính ức chế đối với tất cả các chủng gây bệnh thử nghiệm (Protius vulgaris, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, E. coli, Kleibsella pneumoniae) [61].
Kim và cs (2013) đã kiểm tra sự đa dạng và phong phú của quần thể vi sinh vật trong ruột cá bơn ô liu. Các tác giả đã thu mẫu chất nhầy từ ruột cá nuôi và cá tự nhiên để phân lập vi sinh vật. Tất cả các chủng vi khuẩn được chia thành thành bốn ngành là Proteobacteria, Fimicutes, Actinobacteria và Bacteroidetes. Nhìn chung, có sự khác biệt đáng kể về sự phong phú của vi sinh vật giữa cá tự nhiên và cá nuôi. Trong đó, có 13 loài vi khuẩn lactic, bao gồm Pediococcus lolii, Streptococcus salivarius, Lactococcus lactis, Enterococcus durans, Leuconostoc lactis, Weissella cibaria, Lactobacillus sakei, Pediococcus pentosaceus, Lactococcus chungangensis, Weissella thailandensis, Lactobacillus brevis, Lactobacillus crustorum, và Lactobacillus oligofermentans, được phân lập từ ruột cá. Sự đa dạng và phong phú của các loài vi khuẩn lactic trong ruột của cá tự nhiên là lớn hơn so với cá nuôi cho ăn bằng thức ăn công nghiệp đáng kể, cho thấy rằng chế độ ăn trong tự nhiên có chứa một số thành phần rất thuận lợi cho vi khuẩn lactic phát triển. Điều này cho thấy rằng cá tự nhiên có thể là một nguồn quan trọng để nghiên cứu khả năng sử dụng vi sinh vật có ích cho nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nhóm vi khuẩn lactic [41].
1.4.4. Một số tính chất có lợi của vi khuẩn lactic
Năm 1908, Elie Metchinkoff đề xuất rằng các sinh vật sản xuất axit (vi khuẩn lactic) trong các sản phẩm sữa lên men có thể ngăn mùi trong ruột già và do đó dẫn đến kéo dài của tuổi thọ của người tiêu dùng. Sau đó khái niệm chế phẩm sinh học đã được giới thiệu và được định nghĩa như thực phẩm bổ sung vi sinh vật sống, trong đó có lợi cho sức khỏe của người tiêu dùng bằng cách duy trì hoặc cải thiện cân bằng vi khuẩn đường ruột của họ. Tiềm năng lớn nhất của vi khuẩn lactic đối với sức khỏe con người là cải thiện miễn dịch các bệnh như dị ứng, ung thư, bệnh
viêm ruột… Ngoài ra chúng có thể khôi phục/ duy trì cân bằng vi khuẩn trong đường tiêu hóa, đườn hô hấp, niệu – sinh dục.
1.4.4.1. Tiềm năng probiotic
Probiotic hiện nay không chỉ có lợi cho con người mà còn được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản, sử dụng trong chăn nuôi gia súc, trong việc xử lý môi trường. Trong phạm vi nghiên cứu này, chúng tôi quan tâm chủ yếu đến các lợi ích sức khỏe của probiotic đối với người. Các lợi ích sức khỏe mà probiotic mang lại cho con người có thể kể đến gồm:
a. Tăng cường khả năng tiêu hóa lactose và hoạt động của các enzyme khác
Hiện tượng không dung nạp glucose thường thấy ở người trưởng thành và những người mắc chứng viêm ruột non. Các vi sinh vật có chứa enzyme lactase phân hủy lactose sẽ giải phóng ra enzyme này khi vi khuẩn bị dung giải do tác dụng của các axit mật. Triệu chứng của bệnh thường gây phình bụng, đầy hơi, tiêu chảy. Do đó các sản phẩm lên men giúp cho bệnh nhân tiêu hóa tốt hơn, làm giảm tiêu chảy và các triệu chứng khác do không dung nạp lactose.
b. Trị tiêu chảy do kháng sinh
Khoảng 20% người dùng thuốc kháng sinh, đặc biệt là clindamycine, cephalosporine và penicillin, bị mắc bệnh tiêu chảy. Bệnh tiêu chảy do kháng sinh có nguyên nhân từ sự mất cân bằng vi sinh vật, làm suy giảm hệ vi sinh vật tự nhiên trong ruột. Các nghiên cứu cho thấy probiotic có thể ngăn ngừa được bệnh tiêu chảy do kháng sinh.
c. Trị viêm đường tiêu hóa
Viêm đường tiêu hóa là nguyên nhân chính gây bệnh tiêu chảy cấp tính. Viêm đường tiêu hóa có thể do nhiều tác nhân gây nên như vi khuẩn, virus hoặc ký sinh trùng nhưng nguyên nhân phổ biến nhất ở trẻ em là do nhiễm virus rota. Cách chữa thông thường là cung cấp chất điện giải, nhưng không rút ngắn được thời gian tiêu chảy. Nhiều thử nghiệm cho thấy các sản phẩm lên men có hiệu quả phòng bệnh tiêu chảy tốt ở trẻ em. Cho trẻ sơ sinh uống Bifidobacterium bifidum có thể làm giảm được nguy cơ mắc tiêu chảy và viêm đường tiêu hóa do virus rota.
d. Ức chế và tiêu diệt vi khuẩn có hại, kể cả Helicobacter pylori
H.pylori là vi khuẩn Gram âm, rất phổ biến trong dạ dày. Khoảng 50% dân số bị nhiễm vi khuẩn này, sự tồn tại của vi khuẩn này lâu dài trong dạ dày có thể là yếu tố tiềm tàng gây ung thư trong dạ dày. Các nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn lactic có thể ức chế sinh trưởng của vi khuẩn gây bệnh và làm giảm hoạt tính của urease cần thiết cho H.pylori để có thể sống được trong môi trường axit của dạ dày. Giả thuyết được cho là vi khuẩn lactic đã cảm ứng cơ thể vật chủ gây ra những tác động làm giảm sự sống sót của H.pylori và ức chế sự lan truyền của chúng bằng cơ chế cạnh tranh các thụ thể bám glycolipid.
e. Giảm nguy cơ ung thư ruột kết
Nhiều nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn probiotic có thể làm giảm nguy cơ ung thư ruột kết và ung thư bàng quang. Ngoài ra còn có tác dụng khử chất độc gây ung thư có trong cơ thể và làm chậm sự phát triển của các khối u bướu. Khả năng cải tạo hệ vi sinh vật đường ruột nhờ vi khuẩn lactic và Bifidobacterium và làm giảm nguy cơ mắc ung thư một phần là nhờ vào khả năng giảm mức glucuronidase và các tác nhân gây ung thư khác.
f. Điều hòa miễn dịch, giảm phản ứng miễn dịch gây viêm
Mặc dù về cơ chế có nhiều điều chưa sáng tỏ, nhưng trên thực tế, việc sử dụng probiotic có tác dụng tăng cường đáp ứng miễn dịch, nhất là miễn dịch tự nhiên. Nhiều chủng Lactobacillus có khả năng hoạt hóa đại thực bào, kích thích hình thành bạch cầu trung tính, kích thích tế bào tua làm tăng khả năng tổng hợp IgA và tăng cường khả năng tổng hợp interferon gamma.
g. Tăng cường sức khỏe sinh sản của phụ nữ
Mặc dù các nghiên cứu về probiotic đối với hệ niệu – sinh dục ở phụ nữ đã diễn ra từ lâu, nhưng chỉ gần đây người ta mới nhận ra rằng, việc sử dụng probiotic còn vượt xa hơn chứ không chỉ giới hạn trong chế biến thực phẩm. Một số vi khuẩn probiotic sau khi uống sẽ di chuyển từ trực tràng tới âm đạo và làm giảm coliform tổng số cũng như nấm men Candida albicans trong âm đạo.
1.4.4.2. Một số tiêu chí tuyển chọn probiotic dùng cho người
Với nhiều tác động có lợi như đã nêu ở mục 1.4.4.1, việc tuyển chọn các chủng có tiềm năng probiotic đang rất được quan tâm. Theo đánh giá của tổ chức FAO và WHO cho rằng tiêu chuẩn quan trọng nhất để chọn chủng khuẩn probiotic sử dụng dưới dạng thực phẩm là chủng khuẩn đó phải có khả năng sống sót qua hệ tiêu hóa và phải có khả năng phát triển trong ruột [28].
Theo đó, các tiêu chí để tuyển một chủng probiotic gồm:
a. Khả năng chịu điều kiện của dạ dày
Các chế phẩm probiotic đều được sử dụng qua đường uống hoặc bổ sung vào thực phẩm chức năng, nên đều phải đi qua dạ dày trước khi đến ruột non, nơi nó thể hiện các chức năng probiotic. Do đó, chủng vi sinh vật có tính chất probiotic phải sống sót qua được điều kiện khắc nghiệt của dạ dày. pH thấp và các enzyme của dạ dày là những thử thách quan trọng nhất [29], [46]. pH của dạ dày người thường dao động trong khoảng 1 đến 3-4. Một số nghiên cứu khảo sát khả năng sống sót của chủng nghiên cứu ở các mốc pH từ 1 đến 3 hoặc 4 [47], [48], một số nghiên cứu chỉ khảo sát ở pH đại diện của dạ dày (pH = 2-2,5) [49], [54], [70].
b. Khả năng kháng muối mật
Đây là khả năng quan trọng đảm bảo sự sống sót và phát triển của vi khuẩn probiotic sau khi đi vào đường ruột. Chỉ có những loài chịu được nồng độ muối mật trong ruột và có thể phát triển được thì mới phát huy được những đặc tính probiotic của chúng. Hầu hết các nghiên cứu về khả năng chịu muối mật của probiotic sử dụng dịch mật bò ở các mức nồng độ từ 0,1% – 0,3% (tương ứng với nồng độ muối mật trong đường ruột ở người) [49], [54], [70].
Khả năng bám dính
Bám dính là một khái niệm chỉ mối quan hệ liên kết vững chắc, thuận nghịch giữa bề mặt vi khuẩn và tế bào ký chủ. Tất cả các cấu trúc thể hiện chức năng bám dính được gọi là yếu tố bám dính. Có ba chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá khả năng bám dính của vi khuẩn probiotic có liên quan đến tác động của chúng với vật chủ, đó là khả năng tự kết dính, đồng kết dính và bám dính với đường ruột của vật chủ.
Khả năng tự kết dính là khả năng tự dính với nhau của các tế bào vi khuẩn cùng loại trong môi trường lỏng. Đối với vi khuẩn lactic khả năng này liên quan chặt chẽ đến khả năng hình thành các quần lạc vi khuẩn (colony) trong dịch lỏng, tạo ra sự hỗ trợ về mặt sinh thái đối với các tế bào trong quần lạc.
Khả năng đồng kết dính là khả năng dính với nhau của 2 hoặc nhiều tế bào vi khuẩn của 2 hoặc nhiều loài khác nhau. Vi khuẩn lactic có thể đồng kết dính với các tế bào của các loài gần gũi với chúng và tạo ra hiệu quả tương tự sự tự kết dính, mặt khác, khi đồng kết dính với vi khuẩn gây bệnh, chúng tạo ra sự ức chế mạnh hơn lên vi khuẩn gây bệnh.
Khả năng bám dính đường ruột rất quan trọng đối với vi khuẩn có tiềm năng probiotic. Nhờ đó chúng duy trì được thời gian lưu lâu hơn trong đường tiêu hóa và đảm bảo sự phát triển của mình. Khả năng này còn liên quan đến sự cạnh tranh về nơi ở giữa vi khuẩn lactic và các vi khuẩn gây bệnh. Khi vi khuẩn lactic kết dính với vi khuẩn gây bệnh thì nó gây ra sự ức chế tốt hơn.
c. Khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh
Vi khuẩn lactic có khả năng sinh nhiều chất ức chế sự phát triển hoặc tiêu diệt các loài có một quan hệ gần gũi với chúng trong hệ thống phân loại. Một số chất kháng khuẩn của chúng có phổ rộng có thể ức chế nhiều loài vi khuẩn khác nhau. Các chất kháng khuẩn do vi khuẩn lactic sinh ra gồm các axit hữu cơ, ethanol, H2O2, và bacteriocin. Bacteriocin là các peptide mạch ngắn, có khả năng kháng khuẩn. Rất nhiều loại vi khuẩn lactic có thể tạo ra bacteriocin, đáng chú ý là
Lactobacillus, Enterococcus, Bifidobacterium, Lactococcus.
Nhóm vi khuẩn bị ức chế thường thấy là Helicobacter pylori, Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Vibrio cholerae…
[7], [54], [78].
Khả năng kháng kháng sinh
Một số chủng vi khuẩn lactic có thể kháng được một số kháng sinh [42], [48],[54]. Khả năng này có thể liên quan đến một số gen trên nhiễm sắc thể, tranposome hoặc plasmid. Mối quan ngại lớn khi các chủng probiotic có khả năng này là liệu chúng có thể chuyển các gen này cho các vi khuẩn gây bệnh hay không.
Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có những thông tin có liên quan về các vấn đề lâm sàng gây ra do hiện tượng này.
d. Khả năng thủy phân muối mật
Khả năng thủy phân muối mật của probiotic làm giảm khả năng hấp thu cholesterol từ đường tiêu hóa vào máu [29].
Muối mật gồm các muối của axit cholic và các dẫn xuất của nó, có chứa nhân cholesterol. Để hấp thu cholesterol và các axit béo trong ruột, gốc cholate liên kết với các axit béo tạo thành dạng choleic và đi vào tĩnh mạch ruột. Tại gan sẽ xảy ra quá trình tách gốc cholate, phục hồi lại muối mật và axit béo. Vi khuẩn lactic và một số loại vi khuẩn đường ruột khác không chỉ kháng được nồng độ muối mật cao của đường ruột mà còn có khả năng thủy phân chúng, do đó làm giảm khả năng hấp thu các chất béo từ ruột vào máu, từ đó giảm được lượng lipid trong máu và các chứng bệnh có liên quan. Nhiều nghiên cứu về probiotic đã phát hiện được nhiều chủng vi khuẩn có khả năng này [22], [48].
1.4.5. Một số ứng dụng của vi khuẩn lactic
1.4.5.1. Trong sản xuất nước mắm
Trong sản xuất nước mắm, vi khuẩn lactic đóng vai trò vô cùng quan trọng. Đồng thời với quá trình thủy phân protein của các loại vi khuẩn hiếu khí như Bacillus subtilic thì vi khuẩn lactic cũng có khả năng thủy phân protein để tạo thành axit amin. Không chỉ dừng lại với khả năng thủy phân, vi khuẩn lactic còn tạo nên một phần hương vị của của nước mắm trong quá trình trao đổi chất. Nếu nước mắm không có mùi vị thì chỉ cho sản phẩm là dung dịch axit amin thuần túy. Quá trình sinh hương của lactic trong nước mắm là quá trình phức tạp dưới tác dụng của vi khuẩn lactic thì sản phẩm tạo ra không chỉ là axit lactic mà còn tạo thành các sản phẩm phụ. Sự kết hợp giữa các sản phẩm này tạo nên mùi hương cho sản phẩm [66].
1.4.5.2. Sản xuất sữa chua, kem chua, fomat
Sữa được thanh trùng Passteur trước, sau đó cấy vi khuẩn lactic thuần khiết vào để thu được sản phẩm có chất lượng cao. Ở một số nước để có kefia, sữa ngựa chua có rượu, người ta cho vào sữa hạt kefia hoặc các men chua trong đó có vi khuẩn lactic, nấm men và một số vi khuẩn khác. Kết thúc quá trình lên men, ta được một loại nước giải khát có chứa 1-2% rượu, 1% axit lactic [6].
1.4.5.3. Sản xuất axit lactic
Axit lactic là một axit có nhiều vai trò trong công nghiệp thực phẩm, dược