Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp vi gói bằng Natri Alginate lên số lượng và hoạt tính Probiotic của Lactobacillus casei trong quá trình tạo bột sữa chua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


ĐÀO THỊ MINH CHÂU


KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA PHƢƠNG PHÁP VI GÓI
BẰNG NATRI ALGINATE LÊN SỐ LƢỢNG VÀ HOẠT TÍNH
PROBIOTIC CỦA LACTOBACILLUS CASEI TRONG QUÁ
TRÌNH TẠO BỘT SỮA CHUA


Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC
Mã số: 60 42 40


LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. NGUYỄN THÖY HƢƠNG

Tp. Hồ Chí Minh, Năm 2012
LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn của tôi,
PGS. TS. Nguyễn Thúy Hƣơng. Ngƣời thầy luôn tận tâm đối với học trò của mình. ―Cô
ơi, đƣợc làm việc cùng Cô, Châu luôn luôn thấy hạnh phúc, ấm áp. Cô luôn có sự nhiệt
huyết, tinh thần trách nhiệm trong công việc, là tấm gƣơng cho Châu học tập rất nhiều
Cô ạ. Châu cám ơn Cô rất nhiều, Cô đã luôn tạo điều kiện cho Châu làm việc trong mọi
hoàn cảnh, động viên Châu, nếu không đƣợc sự giúp đỡ của Cô, Châu sẽ không thể
hoàn thành xong luận văn này‖.

Con (em) xin cảm ơn Ba Mẹ, anh chị trong gia đình, đã luôn luôn quan tâm và
là nguồn động viên rất lớn về mọi mặt.
Tiếp theo, tôi xin chân thành cảm ơn các Cô: Tiên, Ly Tao, Trúc Thanh trong
Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, trƣờng Đại Học Bách Khoa đã tạo mọi điều kiện cho tôi
triển khai thí nghiệm thành công. Cám ơn các Thầy, Cô trƣờng Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên đã giảng dạy tôi suốt quá trình học Thạc Sĩ.
Cám ơn tất cả các bạn học viên phòng thí nghiệm 102, 108 và 117 trƣờng Đại
Học Bách Khoa, TP. Hồ Chí Minh đã cho tôi những giây phút chia sẽ. Đặc biệt, cho tôi
gửi lời cảm ơn đến các bạn Thanh Phƣơng, Kim Cúc, Phú Hoài, Minh Khoa, là những
ngƣời bạn thật sự giúp đỡ tôi rất nhiều trong giai đoạn thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn các bạn Lan Anh, Tú, Cƣờng của lớp Cao Học Vi Sinh K20, là
những ngƣời bạn luôn chia sẽ với tôi những kinh nghiệm, thông tin quí báu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn lớp CNSH k29, trƣờng Đại Học
Cần Thơ, đặc biệt là Giang, Dung, Thắng, Nhân, Phụng, Vân, là những ngƣời bạn luôn
ở bên cạnh tôi vào những giây phút khó khăn trong giai đoạn vừa qua.
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Mục lục
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. HỆ VI SINH VẬT TRONG ĐƢỜNG DẠ DÀY – RUỘT Ở NGƢỜI 4
1.2. ĐỊNH NGHĨA, VAI TRÕ VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA PROBIOTIC 7
1.2.1. Định nghĩa của probiotic 7
1.2.2. Vai trò của probiotic 8
1.2.2.1. Không dung nạp Lactose 8
1.2.2.2. Chống nhiễm đƣờng tiết niệu 9

1.2.2.3. Bệnh viêm ruột 9
1.2.2.4. Ung thƣ ruột kết 10
1.2.2.5. Ngăn ngừa và điều trị bệnh do nhiễm Helicobacter pylori 11
1.2.2.6. Giảm cholesterol 11
1.2.3. Một số cơ chế phân tử liên quan đến hoạt động của Probiotic 11
1.2.3.1. Sự tồn tại và sống sót của probiotic trong đƣờng dạ dày-ruột 12
1.2.3.2. Probiotic điều chỉnh chức năng của tế bào chủ 13
1.3. LACTOBACILLUS CASEI 16
L. casei 16
1.3.2. Đặc điểm sinh lý của L. casei và nơi phân bố 16
1.3.3. Vai trò của L. casei đối với hệ tiêu hóa 17
1.4. KỸ THUẬT BAO VI GÓI 19
1.4.1. Định nghĩa bao vi gói 19
1.4.2. Bao vi gói tế bào vi sinh vật 19
1.4.3. Cấu trúc hạt vi gói 19
1.4.4. Nguyên vật liệu cho vi gói 20
1.4.4.1 Cấu tạo của alginate 21
1.4.4.2. Tính chất của alginate 21
1.4.5. Các phƣơng pháp vi gói 22
1.4.5.1. Phƣơng pháp nhỏ giọt (nén ép) 23
1.4.5.2. Phƣơng pháp nhũ tƣơng hóa 23
1.4.5.3. Ƣu nhƣợc điểm của hai phƣơng pháp vi gói 24
1.4.6. Vai trò của vi gói 25
1.4.7. Nghiên cứu khả năng bảo vệ vi sinh vật của phƣơng pháp vi gói bằng
alginate. 26
1.4.7.1. Nghiên cứu trong nƣớc 26
1.4.7.2 Nghiên cứu ngoài nƣớc 26
1.5. BỘT SỮA CHUA VÀ PHƢƠNG PHÁP SẤY PHUN 28
1.5.1. Bột sữa chua 28
1.5.2. Sấy phun 30

1.5.2.1. Ƣu và nhƣợc điểm của sấy phun 31
1.5.2.2. Các yếu tố gây chết tế bào vi sinh vật bởi sấy phun 32
CHƢƠNG 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP
2.1. ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN 35
2.2. VẬT LIỆU 35
2.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 35
2.2.2. Vật liệu và hóa chất 35
2.2.2.1. Dụng cụ và thiết bị 35
2.2.2.2. Hóa chất 36
2.2.2.3. Môi trƣờng 37
2.3. PHƢƠNG PHÁP 38
2.3.1. Phƣơng pháp nghiên cứu 38
2.3.1.1. Khảo sát các đặc tính của vi khuẩn L. casei. 40
2.3.1.2 Vi gói vi khuẩn L. casei với Natri alginate 44
2.3.1.3. Sấy phun tạo bột sữa chua probiotic 48
2.3.1.4. Đánh giá chất lƣợng sản phẩm bột sữa chua 51
2.3.2. Các phƣơng pháp phân tích thu nhận kết quả nghiên cứu 53
2.3.2.1. Các phƣơng pháp phân tích vi sinh 53
2.3.2.2 Phân tích hóa sinh 53
2.3.2.3. Phƣơng pháp đánh giá cảm quan 54
54
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VI KHUẨN L. CASEI 55
3.1.1. Kiểm tra đặc tính sinh học của L. casei 55
55
L. casei 55
3.1.1.3. Khả năng lên men acid lactic của L. casei 57
3.1.2. Khảo sát đặc tính probiotic của vi khuẩn L. casei 58
3.1.2.1. Khả năng chịu pH thấp của dịch dạ dày 58
3.1.2.2. Khả năng chịu muối mật 60

3.1.2.3. Khả năng khử cholesterol 62
3.1.2.4. Khả năng sinh bacteriocin và các hợp chất tƣơng tự bacteriocin 64
3.1.2.5. Khảo sát khả năng chịu nhiệt độ cao của L. casei 65
3.2. VI GÓI VI KHUẨN L. CASEI 68
3.2.1 Cấu trúc hạt vi gói 68
3.2.2. Hiệu suất vi gói L. casei 69
3.2.3. Chọn nồng độ chất vi gói và phƣơng pháp vi gói thích hợp 71
3.2.3.1. Khảo sát khả năng sống sót của L. casei vi gói trong môi trƣờng
SGJ pH 2 71
3.2.3.2 Khảo sát khả năng sống sót của L. casei vi gói ở nhiệt độ cao. 74
3.3. KHẢO SÁT TỈ LỆ PHỐI TRỘN MALTODEXTRIN VÀ CÁC THÔNG
SỐ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY PHUN TẠO BỘT SỮA CHUA
PROBIOTIC VỚI CHẾ PHẨM VI GÓI L. CASEI 77
3.3.1. Khảo sát tỉ lệ phối trộn Maltodextrin 77
3.3.2. Khảo sát nhiệt độ không khí đầu vào 79
3.3.3. Khảo sát thông số lƣu lƣợng dịch phun 81
3.4. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CỦA PHƢƠNG PHÁP VI GÓI
BẰNG NATRI ALGINATE LÊN SỐ LƢỢNG VÀ BẢO TOÀN ĐẶC
TÍNH PROBIOTIC CỦA L. CASEI TRONG QUÁ TRÌNH TẠO SẢN PHẨM
BỘT SỮA CHUA 83
3.4.1. So sánh khả năng sống sót của vi khuẩn L. casei dạng tự do và vi gói
ngay sau quá trình sấy phun. 83
3.4.2. Vai trò bảo vệ của phƣơng pháp vi bao tế bào lên tỷ lệ sống sót của L. casei
trong môi trƣờng SGJ pH 2 qua các giai đoạn. 86
3.4.3. Khả năng sống sót trong môi trƣờng muối mật (0.3%) qua các giai đoạn. 88
3.4.4. Khả năng bảo toàn đặc tính probiotic của vi khuẩn L. casei qua các giai
đoạn 90
3.4.4.1. Khả năng sinh các hợp chất bacteriocin và các hợp chất kháng khuẩn
tƣơng tự bateriocin 90
3.4.4.2. Khả năng khử cholesterol 90

3.5. SẢN PHẨM BỘT SỮA CHUA PROBIOTIC 91
3.5.1. Khảo sát tỉ lệ hoàn nguyên bột sữa chua 91
3.5.2. Theo dõi thời gian bảo quản sản phẩm 93
CHƢƠNG 4 - KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
4.1. KẾT LUẬN 95
4.2. ĐỀ NGHỊ 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… i
PHỤ LỤC ……………………………………………………………………… xiii


Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

1

LỜI MỞ ĐẦU
Từ rất lâu trong lịch sử loài ngƣời, chúng ta đã biết đến một nguồn thực phẩm
rất giàu dinh dƣỡng đó là sữa. Sữa là nguồn thực phẩm dành cho các loài động vật có
vú còn non mới sinh chƣa thể sử dụng các loại thực phẩm khác. Trong sữa có chứa
nhiều chất dinh dƣỡng nhƣ glucid, protein, lipid, khoáng, vitamin, … Những hợp chất
này rất có lợi, cần thiết cho sức khỏe và sự tăng trƣởng, phát triển của con ngƣời và các
loài động vật. Là nguồn thực phẩm quan trọng, nên các sản phẩm từ sữa đã đƣợc đa
dạng hóa nhƣ phô mai, bơ, sữa chua lên men, kefir là các sản phẩm truyền thống đã có
từ rất lâu trƣớc đây cho đến các sản phẩm hiện đại đƣợc sản xuất theo dây chuyền công
nghiệp nhƣ sữa tƣơi thanh trùng, tiệt trùng, sữa nguyên kem, …Tất cả nhằm nâng cao
chất dinh dƣỡng, đa dạng hóa sản phẩm và bảo quản sữa tốt hơn.
Sữa chua là một trong những sản phẩm nổi tiếng nhất của các loại thực phẩm có
chứa men vi sinh sống (probiotic). Các loài vi khuẩn lactic đƣợc sử dụng đã tạo nên
đặc tính chuyên biệt của sản phẩm về hƣơng và vị. Nhiều bằng chứng cho thấy rằng
các loài vi khuẩn sử dụng trong quá trình lên men sữa chua cho thấy khả năng hữu hiệu
giúp con ngƣời kháng lại sự gây nhiễm và gây viêm ở ruột [37].

Tuy nhiên, khả năng sống sót của vi khuẩn probiotic đƣợc duy trì với một số
lƣợng lớn khi đi qua đƣờng tiêu hóa của ngƣời vẫn còn là một thách thức lớn đối với
việc phân phối hiệu quả những vi khuẩn có lợi này [8]. Bởi vì nhiều vi khuẩn probiotic
khó có thể tồn tại trong môi trƣờng có nồng độ acid thấp và muối mật của đƣờng tiêu
hóa [16], [88].
Bên cạnh đó, thời hạn sử dụng của sữa chua rất ngắn, khoảng 1 ngày trong điều
kiện nhiệt độ phòng (25-30
0
C) và khoảng 5 ngày ở 7
0
C hoặc 10 ngày ở 4
0
C và đây là
mối quan tâm cho việc phát triển các sản phẩm có chứa các vi sinh vật có hoạt tính sinh
học [43].

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

2

Phƣơng pháp sấy phun hiện nay đƣợc nghiên cứu và sử dụng phổ biến vì
phƣơng pháp này có thể loại bỏ độ ẩm ở tỷ lệ cao, chi phí thấp và rút ngắn quá trình
sản xuất . Một đặc tính quan trọng của phƣơng pháp này là vẫn giữ đƣợc tính ổn định
của sản phẩm và có thể thực hiện đƣợc ở qui mô sản xuất lớn [79].
Với phƣơng pháp sấy phun, không những giúp cho quá trình lƣu trữ và bảo quản
sữa chua đƣợc lâu dài mà vẫn giữ đƣợc mật độ vi sinh vật nhất định trong sản phẩm.
Vấn đề lớn đặt ra cho việc ứng dụng phƣơng pháp sấy phun sữa chua là việc bảo tồn
khả năng sống sót của vi khuẩn lactic trong và sau khi sấy khô. Bởi vì các vi khuẩn
lactic khá nhạy cảm với nhiệt.
Hiện nay, kỹ thuật bao vi gói vi sinh vật có thể bảo vệ tốt tế bào vi sinh vật ở

môi trƣờng cực đoan nhƣ hệ tiêu hóa (môi trƣờng acid ở dạ dày, muối mật ở ruột non)
[22]. Tuy nhiên, khi sấy phun ở nhiệt độ cao, bao vi gói có thể bảo vệ hữu hiệu tế bào
vi khuẩn hay không?
Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài ―Khảo sát ảnh
hƣởng của phƣơng pháp vi gói bằng Natri alginate lên số lƣợng và hoạt tính
probiotic của Lactobacillus casei trong quá trình tạo bột sữa chua‖ với mục tiêu
nhằm: bảo vệ tế bào vi khuẩn Lactobacillus casei trong quá trình sấy phun ở nhiệt độ
cao đồng thời vẫn giữ đƣợc đặc tính probiotic của vi khuẩn này trong sản phẩm bột sữa
chua.
Nội dung nghiên cứu chính của đề tài bao gồm:
 Khảo sát một số đặc điểm của vi khuẩn Lactobacillus casei: đặc tính sinh học,
đặc tính probiotic và khả năng chịu nhiệt độ cao.
 Khảo sát hiệu quả vi gói tế bào với Natri alginate nhằm chọn đƣợc nồng độ và
phƣơng thức vi gói thích hợp để bảo vệ tế bào trong các điều kiện cực đoan của
hệ tiêu hóa và điều kiện kỹ thuật.
 Khảo sát các chế độ sấy phun sữa chua kết hợp với chất vi gói bảo vệ vi sinh
vật.

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

3

 Tái khảo sát đặc tính probiotic của vi khuẩn Lactobacillus casei trong bột sữa
chua sau sấy phun và thời gian bảo quản sản phẩm.

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

4

1.1. HỆ VI SINH VẬT TRONG ĐƢỜNG DẠ DÀY – RUỘT Ở NGƢỜI

Hệ tiêu hóa của ngƣời gồm: dạ dày, ruột non và ruột già. Với pH của dịch bên
trong thấp (khoảng pH 2), dạ dày đƣợc xem là hàng rào hóa học chống lại sự xâm nhập
của các vi khuẩn lạ vào đƣờng ruột. Ngƣời ta thấy rằng số lƣợng vi khuẩn ở dạ dày nói
chung rất thấp, mật độ cao nhất khoảng 10
4
tế bào/ml dịch ruột. Nhiều nghiên cứu cho
thấy có sự tồn tại của lactobacilli và streptococci tại vị trí này. Tuy nhiên, không tồn tại
bất cứ hệ vi sinh vật nào nổi bật [61].
Đƣờng ruột gồm ruột non và ruột già. Ruột non đƣợc chia thành 3 phần: tá tràng
(duodenum), hỗng tràng (jejunum) và hồi tràng (ilenum) [45]. Tá tràng kế tiếp dạ dày
nên bên trong tá tràng pH khá thấp và cũng không có hệ vi sinh vật chiếm ƣu thế. Từ tá
tràng xuống hồi tràng, pH bên trong trở nên ít acid và số lƣợng vi khuẩn tăng dần, có
thể đạt từ 10
5
-10
7
tế bào/gram vật chất bên trong ruột [61].
Vị trí của ruột già bắt đầu từ manh tràng (cecum), nơi nối với hồi tràng, gắn với
kết tràng lên (ascending colon), kết tràng ngang (transverse colon), kết tràng xuống
(descending colon), kết tràng xích ma (sigmoid colon) và trực tràng (rectum) [4].
Trong kết tràng, các vi khuẩn hiện diện với số lƣợng lớn, chúng có thể sử dụng
một số sản phẩm của quá trình tiêu hóa thức ăn để làm chất dinh dƣỡng và tạo nên môi
trƣờng lên men đặc biệt. Các vi khuẩn hiếu khí tùy ý (nhƣ Escherichia coli) có thể hiện
diện ở đây nhƣng với số lƣợng thƣờng nhỏ hơn các vi khuẩn khác, thƣờng ít hơn 10
7
tế
bào/gram khối lƣợng vật chất bên trong ruột. Hoạt động của các loài vi khuẩn hiếu khí
tùy ý này tiêu thụ khí oxy và tạo nên một môi trƣờng kỵ khí nghiêm ngặt cho ruột già.
Điều này thuận lợi cho sự phát triển dồi dào các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc gồm:
Clostridium và Bacteroides, khiến cho số lƣợng của chúng có thể lên đến 10

10
– 10
11
tế
bào/gram khối lƣợng vật chất bên trong ruột [61]. Tại đây, các vi khuẩn này sản sinh
một loạt các chất có thể ức chế và kiểm soát sự tăng trƣởng của riêng mình, cũng nhƣ
sự tăng trƣởng của các loài khác. Ví dụ, một số vi khuẩn có thể sinh các chất kháng
khuẩn (bacteriocin). Một trong những sản phẩm tốt nhất của bacteriocin đƣợc biết đến

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

5

là colicin, đƣợc sản xuất từ các chủng Escherichia coli (E. coli). Các acid béo chuỗi
ngắn nhƣ acid acetic, propionic và butyric cũng có tác dụng ức chế sự tăng sinh của vi
khuẩn [69].
Trong ruột ngƣời, các vi sinh vật hiện diện ở cả ruột non và ruột già, nhƣng
phần lớn tập trung ở cuối hồi tràng và kết tràng. Ngƣời ta cho rằng có khoảng 50 giống
vi khuẩn cƣ trú ở kết tràng, gồm vài trăm loài vi khuẩn khác nhau. Bacteroides là vi
khuẩn kỵ khí hình que, Gram âm và chiếm khoảng 30% tổng số hệ vi sinh phân.
Những nhóm vi khuẩn ƣu thế khác gồm: Bifidobacteria, Lactobacilli, Eubacteria,
Clostridia. Ngoài ra, Enterococci và Coliforms cũng tồn tại ở đây nhƣng với tỷ lệ thấp
hơn [30].
Qua các nghiên cứu khoa học, ngƣời ta ƣớc tính có hơn 400 loài vi khuẩn cƣ trú
trong ruột ngƣời, nhƣng chỉ 30-40 loài tạo thành 99% hệ vi sinh vật đƣờng ruột có thể
nuôi cấy đƣợc. Các nhân tố môi trƣờng, những tác động sinh lý và chế độ ăn uống có
thể chi phối sự phân bố của hệ vi sinh vật ở ruột. Trong đó, chế độ ăn uống là nhân tố
chính điều hòa mật độ và tần số xuất hiện của các loài và các nhóm vi sinh vật định cƣ
trong ruột [69].
Cấu trúc của đƣờng dạ dày – ruột ngƣời và sự phân bố của các vi sinh vật không

gây bệnh chủ yếu đƣợc mô tả ở hình 1.1.
Gần đây, cùng với sự phát triển của các phƣơng pháp tiếp cận mới trong nghiên
cứu vi sinh vật, các nhà nghiên cứu nhận thấy các phƣơng pháp nuôi cấy vi sinh truyền
thống đã bỏ sót một số lƣợng đáng kể các vi sinh vật trong hệ vi sinh vật đƣờng ruột so
với các phƣơng pháp sinh học phân tử nhƣ: FISH (fluorescent in situ hybridization),
dot-blot. Sử dụng những kỹ thuật này, các nhà khoa học đã phát hiện đƣợc
Bifidobacteria chiếm 10
9
-10
10
tế bào/gram trọng lƣợng khô của phân (Langendijk và
c.s., 1995; Harmsen và c.s., 1999). Trƣớc đây, do những đánh giá không chính xác về
tổng số vi sinh vật đƣợc nuôi cấy, số lƣợng Bifidobacteria và Lactobacilli trong phân
ngƣời trƣởng thành đã đƣợc đánh giá lần lƣợt khoảng 10% và 2% (Moore và c.s.,

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

6

1974; Mitsuoka, 1992) và gần đây đƣợc ƣớc tính lại khoảng 3% và <1% khi sử dụng
FISH hoặc dot-blot (Sghir và c.s, 2000) [96].

Ngƣời ta cũng nhận thấy số lƣợng Lactobacilli ở phân trẻ em tƣơng tự ngƣời
lớn, nhƣng Bifidobacteria có thể biến đổi từ 60-90% trong tổng số vi sinh vật ở trẻ bú
sữa mẹ và trung bình là 50% đối với trẻ uống sữa ngoài (Harmsen và c.s., 2000). Mặt
khác, ứng dụng kỹ thuật DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis), các nhà
nghiên cứu phát hiện hệ vi sinh vật chiếm ƣu thế ở đƣờng dạ dày-ruột của ngƣời trƣởng
thành rất phức tạp nhƣng ổn định rõ rệt, ở trẻ lớn ít phức tạp và khá ổn định và ở trẻ
nhỏ thì không ổn định và đang phát triển (Zoetendal, 1998) [96].
Trong quá trình tiêu hóa thực phẩm trong đƣờng dạ dày-ruột, nƣớc rút dần khỏi
thức ăn đã đƣợc tiêu hóa, các vật chất tiêu hóa này dần dần trở nên cô đặc hơn và sau
cùng biến đổi thành phân với 1/3 trọng lƣợng của phân là các vi khuẩn. Cùng lúc với
quá trình này, các vi sinh vật sống trong ruột già liên tục đào thải ra ngoài theo dòng
chảy của vật chất trong đƣờng dạ dày-ruột, những vi khuẩn bị mất đi sẽ đƣợc thay thế
Hình 1.1. Sự phân bố vi sinh vật trong đƣờng tiêu hóa ngƣời [99]

Hệ vi sinh vật trong đƣờng ruột
vi sinh vật
loài khác nhau
Dạ dày
Tá tràng
Hỗng tràng
Hồi tràng
Ruột già
Và ….

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

7

bởi những thế hệ mới [61].
1.2. ĐỊNH NGHĨA, VAI TRÕ VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA
PROBIOTIC
1.2.1. Định nghĩa của probiotic
Probiotic bắt nguồn từ ngôn ngữ Hy Lạp có nghĩa là vì sự sống (for life) và ngày
nay đƣợc dùng để gọi những vi sinh vật có liên quan đến những hiệu quả có lợi trên
con ngƣời và động vật. Nói về lịch sử của probiotic, chúng ta không thể không nhắc
đến Elie Metchnikoff (1845-1916), một nhà khoa học công tác tại viện Pasteur ở Paris
và đã từng nhận giải Nobel Y Học (1908) vì khám phá của ông về quá trình thực bào.
Ông nổi tiếng với những nghiên cứu tiên phong trong lĩnh vực miễn dịch học và là
ngƣời đầu tiên đã đƣa ra liệu pháp chữa trị bằng các vi khuẩn lactic. Nhà khoa học
ngƣời Ucraina này cho rằng: ―sự phụ thuộc của các vi sinh vật đƣờng ruột vào thực
phẩm khiến cho nó có thể chấp nhận các biện pháp làm thay đổi hệ vi sinh vật trong cơ
thể chúng ta và có thể thay thế những vi sinh vật có hại bằng những vi sinh vật có lợi‖
(Metchnikoff, 1908). Cùng thời đó, bác sĩ nhi khoa Henry Tissier đã theo dõi những
đứa trẻ bị tiêu chảy. Ông nhận thấy phân của những bệnh nhi này chứa ít vi khuẩn khác
thƣờng, có hình dạng chữ Y. Ngƣợc lại, những vi khuẩn chẻ đôi này lại có rất nhiều ở
những trẻ khỏe mạnh (Tisier, 1906). Ông cho rằng những vi khuẩn này có thể giúp cho
bệnh nhân tiêu chảy phục hồi sức khỏe của đƣờng ruột [31], [50], [69], [87].
Những nghiên cứu trên của Metchnikoff và Tisier đã tạo nên những tiền đề có
tính khoa học về vi khuẩn probiotic. Mặc dù vậy, thuật ngữ probiotic vẫn chƣa đƣợc
biết đến, mãi cho đến khi Lilly và Stillwell đặt tên cho những chất tạo bởi một vi sinh
vật có tác dụng kích thích sự phát triển của vi sinh vật khác (Lilly và Stillwell, 1965).
Packer là ngƣời đầu tiên đã sử dụng thuật ngữ probiotic theo ý nghĩa gần với định
nghĩa đƣợc chấp nhận ngày nay. Ông định nghĩa ―probiotic là những sinh vật và những
chất góp phần vào sự cân bằng hệ vi sinh vật đƣờng ruột‖, nhƣng chất trong định nghĩa
của Parker tại mang ý nghĩa bao quát gồm cả chất kháng sinh. Fuller sau đó đã nỗ lực

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

8

để cải tiến định nghĩa probiotic của Parker và định nghĩa lại nhƣ sau: ―probiotic là phần
bổ sung vào thực phẩm những vi sinh vật sống, tạo những ảnh hƣởng có lợi trên động
vật chủ bằng cách cải thiện sự cân bằng hệ vi sinh vật đƣờng ruột của vật chủ‖ (Fuller,
1989). Sau đó, một định nghĩa tƣơng tự về probiotic đã đƣợc đƣa ra bởi Havenaar và
c.s., (1992): ―Probiotic là một hoặc hỗn hợp vi khuẩn có thể tồn tại đƣợc khi đƣa vào
cơ thể động vật hoặc con ngƣời và tạo nên những tác động có ích trên vật chủ bằng
cách cải thiện đặc tính hệ vi sinh vật của vật chủ‖. Gần đây hơn, một định nghĩa khác
về probiotic cũng đƣợc đƣa ra: ―Probiotic là những vi sinh vật sống mà khi đƣợc tiêu
thụ một lƣợng thích hợp, sẽ tạo nên những hiệu quả tốt trên sức khỏe của cơ thể chủ‖
(Guarner và c.s., 1998) [31], [50], [69], [87].
1.2.2. Vai trò của probiotic
Đã có rất nhiều nghiên cứu tìm hiểu về những lợi ích của các thực phẩm lên
men và probiotic. Những hiệu ứng liên quan đến sức khỏe có thể đúc kết nhƣ sau:
1.2.2.1. Không dung nạp Lactose
Những ngƣời bị khiếm khuyết enzyme β-galactosidase bẩm sinh không có khả
năng tiêu hóa và hấp thụ lactose. Ở các bệnh nhân này, các vi khuẩn hoạt động chuyển
hóa lactose và có thể tạo ra các chất gây buồn nôn, sƣng phồng và tiêu chảy.
Lactobacillus bulgaricus (L. bulgaricus) và các Lactobacilli khác thƣờng đƣợc dùng
trong các sản phẩm sữa lên men có tác dụng làm giảm lactose trong sản phẩm. Báo cáo
của Kilara và c.s., (1975) cho rằng sữa chua chứa L. bulgaricus và Streptococcus
thermophilus (S. thermophilus) có lợi cho những ngƣời không có khả năng dung nạp
lactose. Khám phá này sau đó đƣợc củng cố bởi các nghiên cứu của Gilliland và c.s,
(1984), Marteau và c.s. (1990) [69], [82].
Những tác dụng có lợi của các sản phẩm lên men vi sinh lên việc dung nạp
lactose đƣợc giải thích bởi ba cách. Thứ nhất, nồng độ lactose thấp trong các thực
phẩm lên men do hoạt động của lactase cao ở các chế phẩm lên men. Thứ hai, các sản
phẩm lên men kích thích hệ enzyme lactase trong ruột non hoạt động. Thứ ba, bản thân

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

9

vi sinh vật cũng có hoạt tính lactase cao. Ở sản phẩm sữa chua, vi khuẩn sinh ra các
enzyme β-galactosidase và lactose đƣợc chuyển thành acid lactic. Do đó, nó giúp cải
thiện quá trình không dung nạp lactose rất hiệu quả. Theo Salminen và c.s., (2004), β-
galactosidase có thể phát hiện trong tá tràng và hồi tràng sau khi tiêu thụ sữa chua tƣơi
[84].
1.2.2.2. Chống nhiễm đƣờng tiết niệu
E. coli từ ruột, thƣờng là tác nhân gây ra bệnh đƣờng tiết niệu ở phụ nữ. Những
nghiên cứu sử dụng các viên thuốc chứa các chủng Lactobacillus GR-1, B-54 và RC-
14 đã thu đƣợc kết quả khả quan trong việc phục hồi hệ sinh vật đƣờng tiết niệu. Bằng
cách gia tăng hàng rào Lactobacillus ở âm đạo, ngƣời ta cho rằng tác nhân gây bệnh sẽ
khó xâm nhập vào bàng quang, vì vậy ngăn chặn đƣợc hiện tƣợng nhiễm trùng gây ra
bởi tác nhân này [31].
1.2.2.3. Bệnh viêm ruột
Viêm loét ruột kết và bệnh Crohn‘s là những bệnh viêm ruột thƣờng gặp ở Mỹ
và Tây Âu. Một vài loại thuốc đƣợc chỉ định cho việc chữa trị những căn bệnh này, tuy
nhiên bệnh thƣờng tái phát sau một thời gian chữa trị. Nguyên nhân của các bệnh viêm
ruột này không rõ ràng, có thể liên quan đến việc gây tổn thƣơng của niêm mạc do vi
sinh vật, các yếu tố tâm lý và thói quen ăn uống. Các nghiên cứu cho thấy sử dụng
probiotic có thể làm giảm viêm và triệu chứng của bệnh viêm ruột kết. Hơn nữa, những
kết quả sơ bộ ở mô hình động vật cũng chứng tỏ probiotic tạo ảnh hƣởng tích cực trên
bệnh viêm ruột kết ở chuột (Madsen, 1999 ; Steidler và c.s, 2000). Một vài kết quả
khác cũng đƣợc mô tả ở ngƣời nhƣ: việc sử dụng L. rhamnosus GG ở những bệnh nhân
bị bệnh Crohn‘s đẩy nhanh phản ứng miễn dịch IgA đƣờng ruột (Malin và c.s., 1996).
Mặt khác, một cuộc nghiên cứu sơ bộ trên 4 trẻ em bị bệnh Crohn‘s nhẹ cho thấy L.
rhamnosus GG có thể cải thiện chức năng hàng rào của ruột và tình trạng bệnh lý

(Gupta và c.s., 2000) [44].

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

10

1.2.2.4. Ung thƣ ruột kết
Vai trò của probiotic trong việc ngăn chặn ung thƣ ruột kết gần đây đang đƣợc
xem xét. Ngƣời ta thấy rằng hiện tƣợng đột biến xảy ra trong các tế bào ruột kết có thể
gây ra ung thƣ và các amin thơm dị vòng hình thành trong quá trình chế biến thức ăn
có thể là tác nhân tiềm tàng gây ung thƣ ruột kết. Các nghiên cứu in vitro đã chứng
minh rằng vách tế bào của vi khuẩn lactic có thể gắn kết các amin dị vòng. Các vi
khuẩn lactic hoặc các sản phẩm sữa lên men đều thể hiện tác dụng kháng các chất gây
đột biến trong các thử nghiệm đột biến Salmonella typhimurium hoặc trên mô hình
động vật (Renner, 1991) [44], [69].
Ngoài ra, các vi sinh vật đƣờng ruột có thể tạo ra butyrate, một acid hữu cơ tạo
ra ở ruột kết có tác dụng ức chế hoạt tính gây độc của nhiều hợp chất trong tế bào ruột
kết ở ngƣời (Abrahamse và c.s., 1999). Hoạt động của các chất gây ung thƣ có thể bị
ảnh hƣởng bởi hoạt tính của các enzyme vi khuẩn nhƣ: NADPH dehydrogenase,
nitroreductase, β-glucosidase, β-glucuronidase và 7-α-dehydroxylase; các enzyme này
biểu hiện nhiều ở các Enterobacteria, Bacteroides và Clostridia, nhƣng biểu hiện thấp ở
các Lactobacillus và Bifidobacterium. Các enzyme này có hại đối với màng nhày ruột
kết vì chúng tham gia vào sự tái sinh của các chất gây độc (Hawksworth và c.s., 1971).
Những nghiên cứu khá triển vọng về probiotic đối với bệnh ung thƣ ở động vật và
ngƣời trong điều kiện in vitro và in vivo đã đƣợc thực hiện, nhƣng chƣa thu đƣợc
những kết quả đáng mong đợi. Một số nghiên cứu công bố việc sử dụng sữa chua làm
giảm tác động của ung thƣ ruột kết ở vài cá nhân (Young và c.s., 1988), nhƣng các
nghiên cứu khác lại không đạt đƣợc những hiệu quả nhƣ vậy (Kampman và c.s., 1994).
Do đó, cần thêm nhiều nghiên cứu nữa về vấn đề này trƣớc khi có thể xác định chắc
chắn những ảnh hƣởng có lợi của probiotic trong việc ngăn chặn bệnh ung thƣ ruột kết

ở ngƣời [44], [69].

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

11

1.2.2.5. Ngăn ngừa và điều trị bệnh do nhiễm Helicobacter pylori
Helicobacter pylori (H. pylori) là một trong số ít vi khuẩn có thể tồn tại ở niêm
mạc dạ dày. Trong một số trƣờng hợp, chúng có thể gây viêm dạ dày, loét hệ thống tiêu
hóa và ung thƣ dạ dày. Việc sử dụng probiotic để chống lại H. pylori là một ứng dụng
khá mới mẻ. Các nhà khoa học nhận thấy rằng chủng L. acidophilus LB có thể tiết ra
một chất kháng khuẩn chống lại H. pylori trong điều kiện in vitro. Làm giảm khả năng
kết bám và phát triển của H. pylori vào các tế bào ruột HT29-MTX ở ngƣời đƣợc nuôi
cấy (Coconnier, 1997). Ngoài ra, L. salivarius cũng cho thấy khả năng ngăn chặn yếu
tố nhiễm H. pylori ở ngƣời (Sakamoto, 2001). Trong một cuộc nghiên cứu trên những
ngƣời bị nhiễm H. pylori tình nguyện, sữa chua LC1 chứa L. johsonnii La1 đã làm
giảm mật độ H. pylori và làm giảm chứng viêm trong xoang (Felley, 2001). L. gasseri
cũng làm giảm nhiễm H. pylori và chứng viêm niêm mạc ở ngƣời (Sakamoto, 2001)
[44].
1.2.2.6. Giảm cholesterol
Rất nhiều nhà nghiên cứu đề xuất các chế phẩm probiotic có tác dụng giảm
cholesterol hiệu quả. Tuy nhiên, cơ chế của hiệu ứng này vẫn chƣa giải thích chắc
chắn. Có hai giả thuyết để giải thích cơ chế. Một trong số đó là vi khuẩn có thể gắn
hoặc kết hợp cholesterol trực tiếp vào màng tế bào. Thứ hai, enzyme thủy phân muối
mật kết hợp với muối mật mà có nhiều khả năng kết hợp phân hủy cholesterol [76].
Khi nghiên cứu về việc giảm cholesterol đã cho thấy rằng L. reuteri CRL 1098
giảm cholesterol toàn phần 38% khi nó đƣợc đƣa vào cơ thể chuột trong 7 ngày với tỷ
lệ 10
4
tế bào/ngày. Cũng với liều lƣợng L. reuteri này, triglyceride giảm 40%, không

có sự di chuyển hệ vi sinh vào lá lách và gan [93].
1.2.3. Một số cơ chế phân tử liên quan đến hoạt động của Probiotic
Những lợi ích liên quan đến sức khỏe con ngƣời của các probiotic ngày càng
đƣợc công bố nhiều, nhƣng phần lớn các cơ chế chính xác về hoạt động của chúng vẫn
chƣa đƣợc hiểu rõ. Gần đây, những nghiên cứu dựa trên phân tử và bộ gen đang bắt

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

12

đầu cung cấp những hiểu biết sâu hơn về các phƣơng thức mà các probiotic cảm ứng và
thích nghi với môi trƣờng bên trong đƣờng tiêu hóa. Dƣới đây là một số cơ chế phân tử
liên quan đến hoạt động của chúng trong đƣờng dạ dày - ruột.
1.2.3.1. Sự tồn tại và sống sót của probiotic trong đƣờng dạ dày-ruột
Nhiều đặc điểm liên quan đến sự sống sót của probiotic trong khi di chuyển qua
đƣờng dạ dày–ruột đƣợc nghiên cứu. Trong đó, 2 đặc điểm quan trọng nhất là khả năng
chịu đựng môi trƣờng acid dạ dày và khả năng chịu đựng nồng độ muối mật trong ruột
non của vi sinh vật probiotic. Gần đây, những gen đƣợc cảm ứng khi probiotic phơi
bày với acid và muối mật đã đƣợc nhận diện. Những gen này có thể đóng vai trò quan
trọng trong sự sống sót của probiotic ở đƣờng dạ dày–ruột. Những nghiên cứu in vivo
tiếp theo đo lƣờng đột biến mất gen chịu đựng acid và chịu đựng muối mật liên hệ với
những chủng hoang dại và những phản ứng của tế bào chủ tƣơng ứng sẽ giúp trả lời rõ
hơn về tầm quan trọng của sự chịu đựng acid và muối mật trong chức năng của
probiotic [63].
Bên cạnh sự chịu đựng môi trƣờng lý hóa của đƣờng dạ dày–ruột, sự bám dính
với các tế bào niêm mạc ruột để tạo nên hàng rào sinh học bảo vệ cũng đƣợc xem là
đặc tính cần thiết đối với sự tồn tại của các chủng probiotic ở đây. Việc gắn vào biểu
mô ruột cần thiết cho sự định cƣ của probiotic và sự tƣơng tác trực tiếp giữa probiotic
với các tế bào chủ dẫn đến sự ngăn chặn các tác nhân gây bệnh bằng sự cạnh tranh
hoặc điều chỉnh các phản ứng của tế bào chủ.

Những tiếp cận dựa trên bộ gen đang bắt đầu khám phá nhiều protein liên kết ở
bề mặt tế bào vi khuẩn có chức năng liên kết với dịch nhày và tế bào ruột, một số
nghiên cứu đã nhận diện đƣợc vài nhân tố kết bám ở L. acidophilus. Ngoài ra, sự kết
bám đặc hiệu mannose của L. plantarum cũng đƣợc nhận diện, ngƣời ta thấy rằng vi
khuẩn gây bệnh đƣờng ruột E. coli có khả năng liên kết với các tế bào biểu mô thông
qua các thụ thể mannose. Do đó, các chủng probiotic có khả năng kết bám (nhƣ L.

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

13

plantarum) có thể ngăn cản sự tấn công và sự định cƣ của E. coli ở những vị trí liên kết
và bằng cách đó, sinh vật chủ sẽ đƣợc bảo vệ chống lại bệnh tật [63].
1.2.3.2. Probiotic điều chỉnh chức năng của tế bào chủ
Các probiotic đƣợc biết là có hiệu quả điều chỉnh các phản ứng miễn dịch và
hàng rào ruột. Những cơ chế liên quan đến vấn đề này có thể đƣợc khám phá thông qua
các nghiên cứu in vitro về các phản ứng ở biểu mô ruột của sinh vật chủ hoặc các phản
ứng của tế bào miễn dịch với chủng probiotic. Một số cơ chế này đƣợc mô tả chi tiết:
Các tế bào bạch tuộc (Dendritic cell – DC) có vai trò quan trọng trong việc bắt
đầu nhận diện vi khuẩn, do đó quan trọng trong sự hình thành các phản ứng với tế bào
T (T cell). Một số probiotic (nhƣ L. plantarum 299 và các probiotic của sản phẩm
VSL#3) có khả năng kích thích sự trƣởng thành và biểu hiện của các tế bào DC theo
các cách khác nhau, góp phần hỗ trợ các phản ứng miễn dịch với các tế bào T hỗ trợ
(helper). Sự tƣơng tác với các tế bào DC này xuất hiện một phần gián tiếp là nhờ vi
khuẩn probiotic liên kết với PRR (pattern recognition receptor – thụ thể kiểu nhận
diện), DC-SIGN (DC-specific intercellular adhesion molecule 3-grabbing non-
integrin). Quan trọng là chỉ những chủng probiotic này mới có thể tƣơng tác với DC-
SIGN dẫn đến sự phát triển các tế bào T điều hòa sản xuất IL-10 (interleukin-10) [63].
Bên cạnh đó, các tế bào biểu mô ruột (Intestinal Epithelial Cells - IEC) và ruột
kết (Colonic Epithelial Cells – CEC) cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình nhận

diện vi khuẩn và điều chỉnh các phản ứng miễn dịch. Các nhà nghiên cứu nhận thấy
rằng tế bào IEC Caco-2 phản ứng lại sự hiện diện của Lactobacillus GG bằng cách làm
giảm quá trình sản xuất IL-8 (Interleukin-8) gây ra yếu tố α gây hoại tử khối u (TNF-
α: Tumor necrosis factor - α) thông qua con đƣờng truyền tín hiệu NF-kB [63].
Một cơ chế khác liên quan đến các probiotic của VSL#3 cũng đƣợc nhận diện.
Trong cơ chế này, các phức chất hòa tan tạo bởi các vi khuẩn probiotic này có thể ngăn
chặn sự phân hủy của các chất ức chế NF-kB là I-kB trong các tế bào CEC ở chuột,
thông qua sự ức chế các proteasome. Hơn nữa, L. reuteri cũng cho thấy có thể ngăn

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

14

cản sự di chuyển của NF-kB vào nhân của các tế bào HeLa bằng cách ngăn chặn sự
phân hủy của I-kB. Những cơ chế hoạt động ở trên của probiotic chứng tỏ các probiotic
có khả năng làm giảm hiện tƣợng viêm ở ruột [63].
Ngoài ra, sự tăng cƣờng hàng rào ở ruột là một cơ chế hoạt động khác của
probiotic. Chủng probiotic E. coli Nissle 1917, có khả năng gây ra sự biểu hiện của
peptide kháng khuẩn β-defensin-2 (hBD2) thông qua các nhân tố NF-kB và AP-1
(activating protein-1). Sự hoạt hóa hBD2 có thể dẫn đến sự tăng cƣờng hàng rào niêm
mạc ruột. Điều đó phần nào giải thích đƣợc khả năng của các probiotic đặc hiệu ức chế
sự phát triển của các tác nhân gây bệnh trong đƣờng dạ dày– ruột. Hơn nữa, các protein
sốc nhiệt (Heat shock protein – Hsp) đặc biệt đƣợc biết là có khả năng giữ đƣợc tình
trạng nguyên vẹn của bộ khung xƣơng tế bào cũng đƣợc tạo ra trong các tế bào IEC khi
có mặt các probiotic của VSL#3. Trong một nghiên cứu tiếp theo, các nhà nghiên cứu
cũng kết luận rằng các nhân tố hòa tan của Lactobacillus GG cũng gây ra các Hsp
tƣơng tự ở các tế bào CEC ở chuột và hoạt hóa vài MAPK (mitogen-activated protein
kinases – protein kinase hoạt hóa tác nhân gây phân bào) liên quan đến con đƣờng
truyền tín hiệu nội bào dẫn đến sự biểu hiện của Hsp. Ngoài ra, Lactobacillus GG cũng
đƣợc phát hiện là có khả năng ngăn chặn hiện tƣợng apoptosis bằng cách hoạt hóa các

con đƣờng truyền tín hiệu ở IEC. Những khám phá này cho thấy probiotic có thể điều
chỉnh chức năng hàng rào của ruột thông qua nhiều cơ chế khác nhau [63].
Bên cạnh đó, Lactobacillus GG có khả năng tƣơng tác với các tế bào DC gây ra
các tế bào T CD
4+
kích thích giảm đáp ứng miễn dịch trong thí nghiệm in vitro, cũng
có những ảnh hƣởng tƣơng tự trên các tế bào DC của những bệnh nhân bị bệnh
Crohn‘s và những ngƣời tình nguyện khỏe mạnh sau khi tiêu thụ Lactobacillus GG
[17].




Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

15












Tóm lại, các vi sinh vật probiotic có khả năng điều chỉnh một số chức năng của
tế bào chủ. Một số hoạt động chức năng này của probiotic liên quan đến các phân tử

của vi khuẩn và tế bào chủ đƣợc mô tả tóm tắt ở hình 1.2. Các chủng probiotic
Lactobacillus có thể gây ra các tế bào T điều hòa (regulatory T cell – T reg) sản xuất
IL-10 thông qua sự tƣơng tác với DC-SIGN (1). Chúng cũng có thể gây ra các tế bào T
CD
4+
giảm đáp ứng miễn dịch sau sự tƣơng tác với tế bào DC (2). Thành phần cấu tạo
của LTA (lipoteichoic acid) chịu trách nhiệm về sự điều chỉnh khác nhau cho việc sản
xuất cytokine (3). Sự điều chỉnh các phản ứng viêm bằng cách bất hoạt con đƣờng
truyền tín hiệu NF-kB, điều này đạt đƣợc thông qua sự ức chế proteasome sau khi tế
bào IEC nhận diện các thành phần hòa tan của probiotic (4), hoặc sau sự nhận diện các
motif của vi khuẩn (sự nhận diện CpG DNA bởi các thụ thể TLR9) (6). Sự gây ra các
Hsp (thông qua (4) hoặc (5) có tác dụng ổn định bộ khung xƣơng tế bào (các actin) sẽ
tăng cƣờng hàng rào niêm mạc. Sự tấn công và phát triển của các tác nhân gây bệnh có
thể bị ức chế bởi sự chiếm cứ các thụ thể mannose bởi các chủng probiotic (7), hoặc
Hình 1.2. Mô hình về một số cơ chế phân tử của các tác động probiotic [63]

Các thành
phần hòa tan
Tác nhân gây bệnh
thụ thể
mannose
Tác nhân
gây bệnh
Nhân
Tế bào M

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

16

bằng cách gây ra hBD2 trong các tế bào IEC (8). Tế bào M ở đây là một tế bào biểu mô
đặc biệt, có vai trò hấp thu và chuyên chở kháng nguyên [63].

1.3. LACTOBACILLUS CASEI
1.3.1. Lactobacillus casei
Lactobacillus casei (L. casei) là vi khuẩn Gram
dƣơng, kỵ khí không hoàn toàn, không di động và
không sinh bào tử, có dạng hình que (kích thƣớc tế bào
khoảng 0.7-1.1 x 2.0-4.0 mm). Đƣợc phân loại nhƣ
sau:




1.3.2. Đặc điểm sinh lý của L. casei và nơi phân bố
Giống với những vi khuẩn acid lactic, L. casei có khả năng chịu đựng đƣợc điều
kiện acid cực đoan và acid lactic là sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men trao đổi
chất. Trong giống Lactobacillus, L. casei là nhóm lên men theo con đƣờng dị hình, sản
xuất acid lactic từ đƣờng hexose theo lộ trình Embden-Meyerhof và từ pentose đến con
đƣờng 6-phosphogluconate/phosphoketolase [11]. Nhiệt độ phát triển từ 15
0
C – 45
0
C.
Riboflavin, acid folic, calcium pantothenate và niacin là những nhân tố yêu cầu cho
quá trình phát triển và phát triển tối ƣu ở pH từ 5.5 - 5.8 [49].
L. casei là một sinh vật kỵ khí tùy ý, tạo năng lƣợng thông qua quá trình lên
men. Hầu hết các chủng L. casei có thể lên men galactose, glucose, fructose, mannose,
mannitol, N-acetylglucosamine và tagatose. Khả năng lên men lactose ở các chủng
phân lập từ ruột của ngƣời và pho mát thì phổ biến hơn trong các chủng phân lập từ các

Giới: Bacteria
Ngành: Firmicutes
Lớp: Bacilli
Bộ: Lactobacillales

Họ: Lactobacillaceae
Giống: Lactobacillus
Loài: Lactobacillus casei

Hình 1.3. L. casei [98]

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

17

nguyên liệu thực vật [19]. Các điều kiện lên men nhƣ pH, nhiệt độ, các loại môi trƣờng
phát triển, oxy, …, cũng đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động phát triển của L.
casei [39].
Các hợp chất quan trọng nhất mà L. casei sản xuất là acid lactic. Nó thu đƣợc
bằng quá trình lên men glucose và hình thành lactate. Acid lactic có thể đƣợc sản xuất
hóa học từ acetaldehyd và hydrogen cyanide hoặc lên men từ vi khuẩn. Acid lactic
đƣợc sử dụng rất nhiều cho quá trình công nghiệp nhƣ sản xuất các acid hữu cơ theo
phƣơng pháp hóa học và sinh học, sử dụng nhƣ một hƣơng liệu trong thực phẩm, sản
xuất mỹ phẩm và sản xuất các chất dẻo phân hủy sinh học [21].
L. casei có thể đƣợc tìm thấy trong các môi trƣờng khác nhau nhƣ sản phẩm
sữa nguyên liệu và lên men, các sản phẩm thực vật tƣơi và lên men, trong đƣờng ruột
và hệ sinh dục của ngƣời và động vật [19]. Các acid lactic đƣợc sản xuất bởi L. casei
thông qua quá trình lên men là rất quan trọng vì nó có thể đƣợc sử dụng để làm pho
mát và sữa chua; có chức năng giảm cholesterol, tăng cƣờng đáp ứng miễn dịch, chống
bệnh tiêu chảy, tăng khả năng dung nạp lactose, ức chế tác nhân gây bệnh đƣờng ruột

và đƣợc sử dụng nhƣ các chế phẩm sinh học [66]. Hữu hiệu trong việc thúc đẩy hoặc
hỗ trợ sự cân bằng các vi khuẩn sống có trong đƣờng tiêu hóa [45].
L. casei có khả năng thích ứng với nhiều hệ sinh thái. Khu trú trong đƣờng ruột,
L. casei với chức năng nhƣ một probiotic (các vi sinh vật thúc đẩy sự phát triển của vi
sinh vật khác) [46]. Những đặc tính thuộc về probiotic là khả năng chịu đựng đƣợc acid
và mật, kháng lại các vi sinh vật gây bệnh [66].
1.3.3. Vai trò của L. casei đối với hệ tiêu hóa
L. casei rất quan trọng trong việc điều hòa hệ miễn dịch của đƣờng tiêu hóa. Vi
khuẩn L. casei sẽ liên kết với bề mặt khoang ruột và kích thích đƣờng ruột liên kết với
mô bạch huyết [64]. Điều này sẽ tăng cƣờng phản ứng miễn dịch bẩm sinh và cung cấp
khả năng miễn dịch của đƣờng ruột và cơ thể. Nghiên cứu của Perigon và c.s., (1988)
thấy rằng khi cho chuột dùng sữa lên men trong 11 ngày với liều dùng 100 µg/ngày sẽ

Đào Thị Minh Châu Luận văn Thạc Sĩ Sinh Học

18

kích thích hoạt động của bạch cầu và đại thực bào; hoạt động miễn dịch này xuất hiện
vào ngày thứ 3, đáp ứng duy trì trong vòng 5 ngày và giảm nhẹ vào ngày thứ 8 [75].
Ngoài ra, L. casei giúp điều hòa hệ miễn dịch, tránh tình trạng đáp ứng quá mức
dẫn đến hiện tƣợng viêm ở ruột. Nghiên cứu của nhóm tác giả Hacini-Rachinel và c.s.,
(2009) cho thấy, sau 14 ngày cho chuột bị viêm ruột kết uống sữa lên men có bổ sung
L. casei DN-114 001, chuột có hiện tƣợng giảm viêm đáng kể. Nguyên nhân đƣợc giải
thích là L. casei có thể ngăn chặn chức năng của tế bào T điều hòa nhân tố Foxp3
+

CD
4+
của biểu mô ruột (nhân tố kích thích viêm ruột kết) [40].
Để chống lại tác nhân gây bệnh có thể xâm nhập vào hệ thống miễn dịch, L.

casei có thể cạnh tranh chất dinh dƣỡng hoặc bám dính vào vùng bị tổn thƣơng nhằm
chống lại tác nhân gây bệnh. Kết quả nghiên cứu in vivo cho thấy, L. casei DN-114 001
có thể ngăn chặn hiệu quả sự bám dính của E.coli (gây ra bệnh Crohn‘ ở ngƣời) với tỷ
lệ từ 75-84% khi cho xâm lấn đồng thời L. casei với E.coli lên dòng tế bào ruột 407
hay từ 43-62% khi xâm lấn lần lƣợt L. casei tiếp theo là E.coli [48]. Kết quả cũng xảy
ra tƣơng tự, dòng L. casei Shirota có thể giảm khả năng xâm lấn của 4 tác nhân gây
bệnh tiêu chảy cấp là enterotoxigenic E. coli (ETEC), Salmonella enteritidis, Shigella
dysenteriae và Vibrio cholera một cách hiệu quả khi nghiên cứu ở cấp độ in vitro [35].
L. casei cũng có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh bằng cách giảm
độ pH thông qua việc sản xuất các acid hữu cơ nhƣ acetic, propionic, acid lactic hoặc
bằng cách sản xuất hydrogen peroxide. Hơn nữa, L. casei có thể tiết bacteriocin
(lacticin 705, caseicin A) là các peptide kháng khuẩn mang điện tích dƣơng, các phân
tử amphiphilic, để thoát khỏi các tác nhân gây bệnh trong cơ thể [65].
Từ những dữ liệu nghiên cứu ở trên cho thấy L. casei có vai trò quan trọng, góp
phần cân bằng hệ tiêu hóa, giữ cho chúng đƣợc khỏe mạnh bởi việc kháng lại nhiều tác
nhân gây bệnh.