Vi sinh vật probiotics gĩp phần tạo nên hệ vi sinh vật đường ruột lành mạnh, chúng kết bám vào biểu mơ ruột với số lượng lớn và đa dạng và nhờ đĩ cải thiện chế độ bảo vệ đối với vật chủ bằng cách.
- Cạnh tranh với vi sinh vật gây bệnh về thức ăn và vị trí bám. - Tổng hợp các chất kháng vi sinh vật gây bệnh.
- Cảm ứng huy động tế bào miễn dịch và hoạt hĩa đáp ứng miễn dịch thích hợp.
2.1.6.1. Khả năng bám kết trên biểu bì mơ ruột
Vị trí hoạt động của probiotics là trên bề mặt của biểu mơ ruột. Vì vậy, việc duy trì tế bào vi khuẩn trong bộ máy dạ dày ruột là cần thiết nhằm ngăn cản sự đào thải nhanh chĩng bởi sự co bĩp của ruột. Tại đĩ, trước tiên chúng phải cĩ khả năng bám dính để cạnh tranh vị trí và nguồn dinh dưỡng với vi sinh vật gây bệnh và duy trì vi khuẩn trong bộ máy dạ dày – ruột người. Muốn vậy, chúng phải sống sĩt khi đi qua dạ dày. Nơi cĩ pH acid và enzyme tiêu hĩa.
Chauviere và cộng sự năm (1989) thấy rằng chỉ một vài chủng Lab cĩ khả năng kết bám với tế bào ung thư ruột kết (caco-2) hoặc dịng tế bào HT-29, Conway kjellberg (1989) đã xác định một lồi protein ngoại bào từ Lab.
fermentum là trung gian cho sự kết bám đặc trưng giữa vi khuẩn và cơ thể vật chủ.
Một số nghiên cứu khác (Brooker và Fuller, 1975) cũng cho thấy vai trị của cacbohydrate trong sự kết bám của Lab.
Thành phần protein cũng chứng tỏ cĩ sự ảnh hưởng của vi khuẩn tới biểu mơ vảy trong dạ dày heo (Henrickson, Szewzyk và coway, 1991). Các nhân tố kết bám của Lab dựa vào nhiều bộ máy gồm nhiều cấu trúc bề mặt khác nhau cần cho sự xâm chiếm của Lab trong ruột.
Elo và cộng sự (1991 báo cáo rằng Lactobacillus casei GG từ sản phẩm
mẫu sữa và sản phẩm đơng khơ đều liên kết với dịng tế bào caco-2 trong mơi trường cĩ ái lực mạnh. Chúng định cư nhanh chĩng và tồn tại được trong đường ruột của người.
Green và Klaenhammer nghiên cứu những yếu tố liên quan đến sự kết
bám của các chủng Lab phân lập từ người như: L. acidophilus BG2FO4, L.
acidophilus NCFM/N2 và L. gasseri ADH với các tế bào caco-2 từ người và thấy rằng đối với 3 chủng thì sự kết bám phụ thuộc vào giá trị pH, kết bám tốt hơn ở pH acid. Sự oxi hĩa từng thời kỳ của cacbohydrat bề mặt vi khuẩn rất
đáng quan tâm vì chúng làm giảm sự kết bám của L. gasseri ADH, trung hịa sự
kết bám của L. acidophilus BG2FO4 và khơng ảnh hưởng đến sự kết bám của L.
acidophilus NCFM/N2.
Những kết quả trên cho thấy rằng Lactobacillus kết bám với tế bào ruột
qua nhiều bộ máy mà bao gồm bởi nhiều sự kết hợp khác nhau giữa protein và cacbohydrat của vi khuẩn và tế bào nhân thật. Hơn nữa, ảnh hưởng của pH trên những tế bào caco-2 cũng gĩp phần đáng kể vào sự kết bám của chủng này trong dịch nuơi cấy. Vì vậy, chúng cĩ những khả năng như:
- Nĩ đẩy mạnh sự liên kết chặt chẽ của những tế bào biểu mơ.
- Giảm việc kích thích bài tiết và những hậu quả do bị viêm của sự lây nhiễm vi khuẩn.
- Đẩy mạnh sự tạo ra các phân tử phịng vệ như chất nhầy.
2.1.6.2. Tổng hợp các chất cĩ hợp chất kháng vi sinh vật
Vi khuẩn probiotics làm giảm số lượng vi khuẩn gây bệnh để ngăn chặn các mầm bệnh bằng nhiều cơ chế khác nhau:
- Tiết ra các chất kháng khuẩn gồm các acid hữu cơ, H2O2, Bacteriocin cĩ
khả năng ức chế vi khuẩn Gr (+), Gr (-).
- Cạnh tranh với các nguồn bệnh vị trí bám dính vào đường ruột. - Cạnh tranh dinh dưỡng cần thiết cho sự sống sĩt của mầm bệnh. - Tác động kháng độc tố.
Những hoạt động này cĩ được là do:
- Làm giảm pH của mơi trường trong khoang ruột thơng qua sự tổng hợp các acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic, acid propionic.
- Sản xuất H2O2 trong điều kiện kỵ khí.
- Đặc biệt tạo những hợp chất ức chế như Bacteriocin. a) Ảnh hưởng của acid lactic và acid acetic
Acid lactic là sản phẩm chính của quá trình trao đổi chất cacbohydrat tạo từ pyruvate bởi enzyme lactic acid dehydrogenase, cịn acid acetic là sản phẩm phụ của quá trình lên men. Sự tích tụ acid lactic và acid acetic đi kèm với sự làm giảm pH của mơi trường và hạn chế sự phát triển của vi khuẩn Gram (+) và Gram (-) với phổ rộng.
Acid acetic cĩ hoạt độ kháng vi sinh cao hơn acid lactic. Dựa vào pH acid,
hằng số phân ly (pK) và nồng độ mole là những nhân tố xác định hoạt độ ức chế của acid lactic và acid acetic trong mơi trường. Acid acetic cĩ pK= 4.756; cịn acid lactic cĩ pK= 3.860. Ở pH của ruột cĩ 8.4% acid acetic và 1.1% acid lactic ở dạng khơng phân ly. Đây là yếu tố quan trọng vì acid khơng phân ly được xem như là chất đối kháng chống lại sự tăng trưởng của nhiều vi khuẩn gây bệnh cũng như gây thối. Những dạng acid acetic và acid lactic ở dạng khơng phân ly cĩ thể thấm vào màng tế bào vi khuẩn, khi ở mơi trường nội bào với pH cao chúng phân ly tạo ra ion hydrogene, ảnh hưởng đến các hoạt động chức năng trao đổi chất của tế bào như sự di chuyển cơ chất và sự phosphoryl hĩa.
Acid lactic và acid acetic được biết là cĩ khả năng hạn chế staphylococcus
aureus, tuy nhiên khả năng này chỉ xảy ra ở giai đoạn sớm mà khơng xảy ra ở giai đoạn sau của sự phát triển vi khuẩn. Goepfert và Hicks (1986) cho rằng
Samonella bị kiềm hãm ở pH thấp hơn 4.4 đối với acid lactic và 5.4 đối với acid acetic.
b) Khả năng kháng khuẩn của dehydrogene peroxide (H2O2)
Trong sự hiện diện của hydrogene vi khuẩn lactic tạo ra hydrogene peroxide thơng qua quá trình vận chuyển điện tử nhờ các enzyme flavin. Sự hình
thành H2O2 bởi Lab và ảnh hưởng của nĩ đối với nhiều vi sinh vật khác nhau đã được nhiều tác giả nghiêng cứu trong những thời gian qua. Các chủng Lab tạo
H2O2 trong điều kiện kỵ khí với một phức hợp mơi trường cơ bản chứa glucose.
Sự tích lũy H2O2 trong suốt quá trình trao đổi chất đồng thời với việc tăng hoạt
động của các enzyme NADH oxidase, pyruvate oxidase và NADH peroxidase.
Khi cĩ sự hiện diện H2O2 các ion oxi hĩa mạnh hình thành dạng gốc hydroxyl
phĩng xạ H0. Quá trình này cĩ thể dẫn đến sự oxi hĩa màng lipid và làm tăng
tính thấm của màng. Các ảnh hưởng này gĩp phần oxi hĩa tế bào vi khuẩn cũng
như phá hủy acid nucleic và protein tế bào. Ngồi ra H2O2 cĩ thể tương tác với
các thành phần trong tế bào và mơi trường để hình thành thêm các chất ức chế khác.
c) Ảnh hưởng của carbon dioxide
Carbon dioxide là sản phẩm lên men chính của quá trình dị hình hexose của vi khuẩn lactic. Một số vi khuẩn lactic cĩ thể tạo ra CO2 từ malate và citrate, quá trình trao đổi chất arginine qua con đường khử arginine và quá trình khử
carboxyl củ một số acid amin như histidine, tyrosine cũng cĩ thể tạo thành CO2.
CO2 cũng gĩp phần vào hoạt động kháng khuẩn của Lab. Vai trị của CO2
là tạo ra mơi trường kỵ khí bởi việc thay thế sự tồn tại của phân tử oxygen, cĩ thể làm giảm pH của mơi trường nội bào và ngoại bào và hệ quả là sẽ làm phá vỡ
cấu trúc màng tế bào. Làm cho CO2 cĩ khả năng kháng lại nhiều vi sinh vật. Vai
trị bảo vệ này của CO2 rất quan trọng. Đặc biệt trong lên men rau quả ngăn cản
sự gây thối của vi khuẩn và nấm mốc.
d) Khả năng kháng khuẩn của diacetyl và acetaldehyde
Diacetyl gây ra hoạt động kháng khuẩn, kháng lại nhiều loại vi khuẩn gây bệnh trong thực phẩm và những vi sinh vật gây thối. Diacetyl cĩ ảnh hưởng
kháng vi khuẩn Gram (-), nấm men và nấm mốc mạnh hơn vi khuẩn Gram (+). Diacetyl ở nồng độ cao (0.4mg/ml) cho hiệu quả kháng hầu hết vi sinh vật. Motlagh và cộng sự (1991) thấy rằng khả năng kháng khuẩn của diacetyl ở nồng
độ 334ppm, cĩ thể kháng lại các chủng Yersinia enterocolitica, Aeromonas
hydrophila, E.coli và Samonella anatum nhưng khơng kháng Listeria.
Acetaldehyde hình thành trong quá trình lên men dị hình carbohydrate của vi khuẩn lactic. Acetaldehyde đem lại mùi thơm đặc trưng cho yogurt. Kulshrestha và Marth (1974) đã nghiêng cứu thấy rằng acetaldehyde (nồng độ
10-100 ppm) cĩ thể kháng lại vi khuẩn gây bệnh trong thực phẩm như E. coli,
Samonella typhimurium và S. aureus.
e) Tổng hợp Bacteriocin
Trong dạ dày ruột chứa nhiều protein kháng vi sinh vật như colicin defensin, cecropin và mageinin. Đây là những chất lưỡng cực cĩ trọng lượng phân tử thấp, điện tích dương và cĩ khả năng đơng tụ các tế bào tạo ra chúng.Vi khuẩn lactic cũng tạo ra nhiều chất đối kháng tương tự các sản phẩm trao đổi chất, những chất giống chất kháng sinh và protein kháng khuẩn gọi chung là Bacteriocin. Những chất kháng sinh này đặc trưng cho lồi và hoạt động gây chết của chúng thơng qua sự hấp thụ với những chất nhận chuyên biệt nằm trên bề mặt ngồi của những vi khuẩn nhạy cảm, nĩ sẽ kéo theo sự thay đổi về quá trình trao đổi chất, đặc điểm sinh học và hình dạng tế bào. Kết quả của những tác động đĩ giết chết vi khuẩn. Các loại Bacteriocin cĩ phổ hoạt động, kiểu hoạt động, trọng lượng phân tử, độ bền nhiệt, nguồn gốc gene và đặc tính sinh hĩa khác nhau. Bacteriocin cĩ thể tạo ra liên tục hoặc giảm dần. Các gene tạo ra Bacteriocin hầu hết nằm trên các plasmid trừ một vài ngoại lệ đã được mã hĩa trên nhiễm sắc thể.
* Bacteriocin là nhĩm peptide hoặc protein được tổng hợp nhờ ribosome và cĩ hoạt tính kháng vi sinh vật nhờ các cơ chế.
Hình 2.3: cơ chế kháng vi sinh vật của bacreiocin
- Bacteriocin class I (đại diện: nicin của Lactococcus lactic) gắn vào lớp
lipide II, ngăn cản sự vận chuyển các tiểu đơn vị peptidedoglycan từ tế bào chất đến vách tế bào. Do đĩ ngăn sự tổng hợp vách tế bào hoặc do bám được vào lớp lipide II, các phân tử nicin tạo lỗ xuyên màng tế bào dẫn đến tiêu bào.
- Bacteriocin class II (đại diện cho sakacin của Lactobacillus sake) là các
peptide lưỡng tính cĩ khả năng xuyên màng tạo kênh / lỗ trên màng.
- Lớp III (cịn gọi là Bacteriolycin như lysostaphin) protein khơng bền nhiệt tác động lên vách tế bào đích.
2.1.6.3. Tác động miễn dịch
- Probiotics như là một phương tiện phân phát các phương tiện kháng nguyên cho đường ruột.
- Đẩy mạnh sự báo hiệu cho tế bào chủ để giảm đáp ứng viêm. - Tạo đáp ứng miễn dịch để làm giảm dị ứng.
2.1.6.4. Tác đơng đến vi khuẩn đường ruột
Probiotics điều chỉnh thành phần cấu tạo của vi khuẩn đường ruột. Sự sống sĩt của probiotics được tiêu hĩa ở những phần khác nhau của bộ phận tiêu hĩa thì khác nhau giữa các giống. Khi tập trung ở khoang ruột chúng tạo nên sự cân bằng tạm thời của hệ sinh thái đường ruột, sự thay đổi này được nhận thấy vài ngày sau khi bắt đầu tiêu thụ thực phẩm probiotics, phụ thuộc vào cơng dụng, liều lượng của giống vi khuẩn. Kết quả chỉ ra rằng với sự tiêu thụ thường xuyên, vi khuẩn định cư một cách tạm thời trong ruột, một khi chấm dứt sự tiêu thụ thì số lượng probiotics sẽ giảm xuống.
Hình 2.4: Tác động chống ung thƣ ruột của probiotics
Probiotics cịn cĩ những tác động đến đường ruột như:
- Làm giảm pH của bộ phận tiêu hĩa, gây cản trở cho hoạt động tiết enzyme của hệ vi sinh vật đường ruột.
- Tạo sự cân bằng tạm thời của hệ sinh thái đường ruột. Điều này hồn tồn phụ thuộc vào liều lượng và cơng dụng của giống vi khuẩn.
- Vi khuẩn probiotics điều hịa hoạt động trao đổi chất của hệ vi sinh vật đường ruột.
- Tăng sự dung nạp đường lactoza.
- Giúp làm tăng vi khuẩn cĩ lợi, làm giảm vi khuẩn cĩ hại, giúp cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột
2.1.6.5. Tác động tăng khả năng hấp thụ thức ăn
- Tăng lượng thức ăn ăn vào và tăng khả năng tiêu hĩa.
- Probiotics tham gia vào sự trao đổi chất dinh dưỡng như các cacbohydrate, protein, lipid và khống.
2.1.7. Vai trị của vi sinh vật probiotics
Probiotics cĩ nhiều vai trị đối với cơ thể con người và động vật. Chúng tác động lên đặc điểm sinh lý bên trong và bên ngồi ruột của vật chủ. Chúng thường hiện diện trong hệ tiêu hĩa và trong lớp màng nhầy tử cung của người và động vật. Chúng cĩ khả năng chuyển hĩa thành acid lactic và acid acetic. Đồng thời, chúng cũng cĩ khả năng cân bằng hệ vi sinh vật trong đường ruột và âm đạo bằng cách làm giảm pH mơi trường và sản sinh ra các chất cĩ khả năng ngăn ngừa vi khuẩn gây hại. Chúng hiện diện rất nhiều trong tự nhiên và cĩ nhiều vai trị trong việc đem lại lợi ích cho người và động vật.
2.1.7.1. Tác Động lợi ích về dinh dưỡng
Hiện nay các chủng probiotics đã được chứng minh cĩ hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong dinh dưỡng và điều trị là thuộc các lồi thuộc tộc
Lactobacillus, Bifidobacterium, Saccharosemyces như Lactosebacillus Acidophilus, L. Casei, Bifidobacterium Lactis, Saccharosemyces bouladii (nấm men).
Trợ giúp đắc lực cho hệ miễn dịch của ruột: vi khuẩn probiotics giữ vai trị quan trọng trong việc phát triển và hoạt động của hệ miễn dịch niêm mạc ruột. Nĩ giúp hệ miễn dịch ruột sản sinh kháng thể khi ruột nhiễm vi khuẩn bệnh (cĩ 80% hệ miễn dịch của cơ thể nằm ở ruột)
Tiêu hĩa hấp thu một số loại bột đường và chất xơ và biến nĩ thành nguồn năng lượng của cơ thể. Ngồi ra, chúng cịn sản xuất ra các vitamin, hấp thu các chất khống và loại bỏ các chất độc. Vi khuẩn probiotics sản sinh vitamin K và nhĩm B, kích thích hấp thu khống, chúng cũng được trợ giúp chuyển hĩa và loại bỏ những chất độc.
Mối liên quan giữa vi khuẩn probiotics với nguy cơ thừa cân, béo phì được chứng minh bằng một thí nghiệm thực hiện trên người thừa cân béo phì
cho uống sữa cấy vi khuẩn L. Gasseri, chủng SB2005 trong vịng 12 tuần. Kết
quả thí nghiệm cho thấy mỡ bụng người này đã giảm 4.6%, mỡ dưới da giảm 3.3% so với nhĩm đối chứng (người béo phì khơng uống sữa cấy vi khuẩn). Cân nặng của những người thí nghiệm cũng giảm 1.4%, kích thước vịng eo giảm 1.8% (dẫn theo Nutralngredients.com).
Một nghiên cứu khác thấy rằng những người béo phì cĩ số lượng vi khuẩn
thuộc họ Firmicute cao hơn 20% và họ vi khuẩn Bacteriodetes ít hơn 90% so với
những người cĩ cân nặng bình thường. Vi khuẩn họ Firmicute giúp cơ thể chiết
rút cao calo của các phức đường và chuyển calo của các đường này thành mỡ.
đã thấy những chuột này tăng trọng hơn 2 lần dưới dạng mỡ. Thí nghiệm này đã giải thích vi khuẩn đường ruột cĩ quan hệ như thế nào đối với cân nặng của cơ thể.
Các thực phẩm lên men với Lactobacillus làm tăng chất lượng, khả năng
tiêu hĩa và đồng hĩa các chất dinh dưỡng. Các thí nghiệm trên chuột đã cho thấy sự cải thiện về tốc độ tăng trưởng khi chuột được cho ăn với yogurt chứa
Lactobacillus. Mặc dù một số lồi Lactobacillus cần vitamin B cho sự tăng trưởng, nhưng một số lồi cĩ thể tự tổng hợp được một số vitamin nhĩm B. Khơng những thế mà khả năng hấp thụ các kim loại như: Cu, Fe, Zn, Mn cũng
được tăng lên đáng kể khi chuột được cho ăn yogurt. Vì vậy Lactobacillus đã
được xem là nhân tố kích thích sự hấp thu dinh dưỡng.
Vì các lợi ích về mặt dinh dưỡng như trên, khoa học dinh dưỡng khuyên mọi người nên sử dụng các chế phẩm probiotics. Các vi khuẩn trong chế phẩm probiotics được bổ sung vào thức ăn hằng ngày cĩ tác dụng lấy lại cân bằng hệ