a. Đặc điểm
Probiotics là những vi sinh vật sống mà khi được sử dụng với lượng vừa đủ sẽ có tác dụng có lợi cho vật chủ. Hầu hết là vi khuẩn, được biết đến nhiều nhất là các chủng Lactobacillus spp. và Bifidobacterium spp. Tuy nhiên, có một vi sinh vật không phải vi khuẩn được phân loại là tác nhân probiotic: đó là nấm men
Saccharomyces boulardii (S. boulardii). Gần đây, Khatri và cs (2017) cho thấy rằng các đặc điểm bộ gen và phân loại của S. boulardii gần với các chủng rượu vang thuộc loài S. cerevisiae [37].
Khuẩn lạc nấm men S. boulardii có hình tròn, có màu trắng đục, bề mặt nhẵn, tế bào có hình trứng hoặc hình ô-van. Thành tế bào của S. boulardii dày hơn so với các loại nấm men khác.
Có nghiên cứu chỉ ra rằng, đột biến trong gen PGM2 có thể liên quan đến việc nấm men này sử dụng không hiệu quả galactose. S. boulardii cũng không thể sử dụng palatinose, có thể liên quan đến sự vắng mặt của 3 gen mã hóa isomaltase (IMA2,IMA3 và IMA4), tham gia vào quá trình hấp thu và chuyển hóa palatinose [38].
b. Đặc tính probiotic
Một số đặc tính probiotic của S. boulardii bao gồm khả năng chống stress do thay đổi điều kiện mô phỏng pH đường tiêu hóa và có thể được giải thích bằng các đặc tính của thành tế bào này (Hudson et al. 2016). Ngoài ra, S. boulardii có sức chịu đựng tuyệt vời với nhiệt độ cơ thể 37°C (Czerucka et al. 2007), tiếp xúc với axit dạ dày và mật (Ivanova và cộng sự 2012), bám dính tốt vào thành dạ dày (Diosma và cộng sự 2014), và do đó, có khả năng tồn tại cao
24 (Bastos và cộng sự 2014), có thể đạt nồng độ rất cao trong đường tiêu hóa trong một thời gian rất ngắn.
Theo Hiệp hội Khoa học Quốc tế về Probiotics và Prebiotics chỉ ra rằng S. boulardii khi được sử dụng đầy đủ về lượng sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho người dùng. Nó làm giảm sự xâm nhập của mầm bệnh thông qua việc giữ lại hệ vi sinh vật đường ruột, cải thiện hệ thống miễn dịch, tăng cường sự phát triển của vi khuẩn có lợi và thúc đẩy sản xuất các enzym như lactase và maltase [39].
Cơ chế hoạt động về sự trao đổi chất của S. boulardii ở người có liên quan đến các đặc tính kháng khuẩn, hoạt động dinh dưỡng và điều hòa miễn dịch. Một số cơ chế mà S. boulardii thực hiện đó là giải phóng polyamine kích thích sự phục hồi của các tế bào ruột, đồng thời tổng hợp các mucosae ruột kết, làm tăng khả năng tạo ra các axit béo chuỗi ngắn và các enzym thủy phân một số disaccharid như lactase, maltase và sucrase hoặc invertase [40].
Các protease của S. boulardii có khả năng ức chế độc tố A và độc tố B của C. difficile giúp chống lại tiêu chảy và viêm đại tràng (Castagliuolo và cộng sự 1999). S. boulardii đã được chứng minh là làm tăng đáng kể tỷ lệ hồi phục của bệnh nhân AIDS giai đoạn IV bị tiêu chảy. Trung bình, bệnh nhân dùng S. boulardii tăng cân, không gặp phải phản ứng phụ nào trong quá trình sử dụng [41]. Bên cạnh đó, nấm men probiotic này còn được sử dụng để giảm bớt các tác dụng phụ của các phương pháp điều trị Helicobacter pylori, một loại vi khuẩn gây viêm dạ dày (Profiret al. 2015) vì nó có thể ức chế sự hình thành nang lympho dạ dày gây ra nhiễm trùng.
Nấm men Saccharomyces boulardii CNCM I-745 là một trong những chế phẩm sinh học được khuyên dùng để ngăn ngừa tiêu chảy do kháng sinh. Các nghiên cứu được tiến hành đã chứng minh rằng Saccharomyces boulardii CNCM I-745:
(1) Tác động lên vi sinh vật gây bệnh đường ruột (ảnh hưởng đến sự bám dính của vi khuẩn và loại bỏ chúng hoặc ảnh hưởng đến các yếu tố độc lực: Độc tố, lipopolysaccharide, v.v.);
(2) tác động trực tiếp lên niêm mạc ruột (tác dụng dinh dưỡng, tác dụng phục hồi biểu mô, tác dụng chống bài tiết, chống viêm, điều hòa miễn dịch).
25 Uống Saccharomyces boulardii CNCM I-745 cho đối tượng khỏe mạnh không làm thay đổi hệ vi sinh vật đường ruột của họ. Tuy nhiên, trong trường hợp mắc các bệnh liên quan đến sử dụng kháng sinh hoặc tiêu chảy mãn tính, nấm men Saccharomyces boulardii CNCM I-745 có thể phục hồi hệ vi sinh vật đường ruột nhanh hơn [42].
Trong chế độ ăn uống, mật độ tế bào probiotic tồn tại nên là 106 – 107(CFU/ml) trong thời hạn sử dụng dự kiến của thực phẩm hoặc đồ uống chứa probiotic (WHO / FAO, 2006). Tuy nhiên, theo một số khuyến cáo sử dụng đối với một số bệnh rối loạn đường tiêu hóa, mật độ tế bào S. boulardii nên là 5x109 CFU/ml để mang lại hiệu quả tốt nhất [45].
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển và lên men của Saccharomyce boulardii
S. boulardii có thể sống sót trong môi trường giống như dạ dày và trong môi trường ruột (muối mật, pancreatin). Khả năng sống sót cao ở độ pH thấp là một đặc điểm sinh lý quan trọng cho phép loại nấm men này tồn tại khi đi qua dạ dày, làm tăng lợi khuẩn của ruột. Phạm vi pH tối ưu cho sự phát triển của nấm men có thể phụ thuộc nhiệt độ, nồng độ oxy và chủng nấm men [43].
Nấm men S. boulardii phát triển ở dải nhiệt độ rộng hơn các nấm men S. Cerevisiae. Nấm men này phát triển tối ưu ở nhiệt độ 37ºC. Đây là một điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng loài nấm này làm probiotic (Edwards- Ingrametal.,2007). Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, S. boulardii phát triển tốt nhất trong môi trường chứa hoàn hoàn lactose ở 30°C, và tốt nhất trong môi trường chứa hoàn toàn glucose ở 37°C. Nấm men probiotics này có khả năng lên men sinh cồn với nồng độ khá cao, trung bình từ 5 - 8 % (w/v), thậm chí còn cao hơn so với chủng S. cerevisiae [44].
d. Ứng dụng trong lên men thực phẩm
S. boulardii ngoài việc được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y tế, điều trị bệnh thì còn được dùng lên men thực phẩm. Campbell và cộng sự 2017 đã nghiên cứu việc nâng cao giá trị dinh dưỡng của khoai lang bằng cách sử dụng
S. boulardii. Kết quả thu được lượng chất đạm, chất xơ thô, axit amin và axit béo tăng đáng kể. S. boulardii phát triển tốt trong các loại sữa chua trái cây bởi vì chúng chứa lượng đường có thể lên men cao hơn sữa. Ngoài ra, S. boulardii
26 được dùng trong lên men sữa đậu nành cũng có tiềm năng lớn để làm giàu isoflavone có hoạt tính sinh học. Các loại nước ép rau như củ cải, cà rốt và củ cải đường lên men S. boulardii rất giàu phenol và có khả năng chống oxy hóa cao. Fratianni và cộng sự đã quan sát thấy S. boulardii có thể tồn tại 56 ngày ở 4°C trong nước ép cà chua [46].
Ứng dụng trong lên men đối với nấm men Saccharomyce boulardii không chỉ được coi là probiotic mà còn là yếu tố quan trọng để tạo ra các hoạt chất sinh học như axit γ-aminobutyric và các vitamin B như thiamine, riboflavin, biotin và pyridoxine. Tuy nhiên, quá trình lên men của nấm men này có thể làm giảm nồng độ axit pantothenic (Kamal-Eldin 2012). Saccharomyces boulardii ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp của các chất phytochemical hoạt động như isoflavone (Rekha và Vijayalakshmi 2010), và phenol (Degirmencioglu et al. 2016), do đó làm tăng khả năng chống oxy hóa của sản phẩm.
Ngoài ra, việc sử dụng loại nấm men này làm tăng tính khả dụng sinh học của các khoáng chất (Chandrasekar-Rajendran et al. 2017) và làm giảm nồng độ các chất kháng dinh dưỡng như phytate. Liên quan đến việc cải thiện giá trị dinh dưỡng được quan sát thấy trong thực phẩm được xử lý bằng S. boulardii, người ta biết rằng nấm men này xúc tác sự phân hủy các phytat trong chế độ ăn, dẫn đến cải thiện đáng kể sinh khả dụng khoáng chất thiết yếu.
Nghiên cứu của Angela Capece và cộng sự đã sử dụng nấm men S. boulardii trong quá trình đồng lên men với S. cerevisiae để sản xuất các loại bia thủ công với tiềm năng có giá trị tốt cho sức khỏe. Chủng probiotic của S. boulardii đã được thử nghiệm trong môi trường nuôi cấy hỗn hợp với các chủng
S. cerevisiae, trong quá trình lên men wort. Vì khả năng sống sót trong quá trình hoạt động chế biến là một trong những tiêu chí để lựa chọn các chủng vi sinh vật probiotic phù hợp, nên sự tồn tại của men probiotic trong quá trình lên men và sự hiện diện của các tế bào có khả năng sống cao khi kết thúc quá trình lên men đã được đánh giá. Chủng S. boulardii được thử nghiệm trong nghiên cứu này đã chứng minh khả năng vượt qua các áp lực khác nhau xuất hiện trong quá trình leen men, chẳng hạn như hàm lượng etanol, trong hầu hết tất cả các quá trình lên men hỗn hợp, vào cuối quá trình, men vi sinh chiếm ưu thế hơn chủng S. cerevisiae và các loại bia thử nghiệm chứa một số lượng lớn các tế bào sống sót
27 của chủng S. boulardii (nằm trong khoảng từ 8,0×106 đến 7,0×107 CFU/mL). Việc phân tích các loại bia thử nghiệm về hàm lượng các hợp chất bay hơi chính cho thấy việc đưa chủng S. boulardii vào hỗn hợp khởi động không ảnh hưởng tiêu cực đến hương thơm của bia. Hơn nữa, việc đưa chủng S. boulardii vào hỗn hợp khởi động đã xác định sự gia tăng hoạt động chống oxy hóa và hàm lượng polyphenol, so với các loại bia từ quá trình lên men khởi đầu đơn lẻ, cho thấy ảnh hưởng của chủng S. boulardii đối với các thông số này. Tất cả những đặc điểm này có thể được sử dụng như những đặc điểm thuận lợi để sản xuất đồ uống không cồn hoặc độ cồn thấp [47].
Theo quy định của Châu Âu, đồ uống có chứa hơn 1,2% v / v ethanol không được xếp vào loại đồ uống dinh dưỡng hoặc có lợi cho sức khỏe (Quy định EC, 2006 , pp 9-25). Do đó, bia có probiotic chỉ có thể được kết hợp với loại bia không cồn (AFBs) chứa không quá 0,5% v / v ethanol, hoặc với loại bia có độ cồn thấp (LAB) với không quá 1,2% v / v etanol [61].