Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất các sản phẩm probiotic

Bài viết sau đây, nhà thuốc Ngọc Anh xin trình bày về Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất các sản phẩm probiotic.

Định nghĩa probiotic

Probiotic là một vi sinh vật sống, chúng tạo ra các lợi ích cho vật chủ khi được dùng với số lượng đủ lớn. Các vi sinh vật này có thể được tìm thấy trong các thực phẩm chức năng, thực phẩm lên men như sữa chua và các sản phẩm làm đẹp.

Các probiotic là thực phẩm mà cơ thể không có khả năng tiêu hóa được, chúng mang lại các tác dụng có lợi cho sức khỏe người sử dụng bằng cách thúc đẩy sử phát triển của các vi sinh vật probiotic trong đường tiêu hóa.

Các lợi ích của probiotic

• Tiêu hóa: có khả năng phòng và ngăn chặn tiêu chảy, các bệnh ở đường tiêu hóa trên; giúp tăng khả năng dung nạp đường lactose; ổn định và phục hồi hàng rào niêm mạc ruột; ngăn cản ung thư ruột kết.
• Miễn dịch: có khả năng cải thiện và năng cao sức đề kháng; ngăn ngừa các bệnh ở âm đạo do vi khuẩn.
• Các lợi ích khác: giảm nguy cơ tăng cholesterol máu, ngăn ngừa sâu răng…

Tiêu chuẩn của vi sinh vật để sản xuất probiotic

Nguồn gốc rõ ràng, thuần chủng: phải được phân lập đến cấp chủng để biết rõ được các tác dụng có lợi- cái mà đã được khoa học chứng minh. Ví dụ như chủng DSM 17938 của vi khuẩn lactobacillus reuten DSM- loại reuteri và chi lactobacillus.

Không có khả năng gây bệnh và sinh độc tố: do đó các vi khuẩn probiotic thường được phân lập từ các vi sinh vật có ích trong cơ thể người khỏe mạnh; vi sinh vật trong thực phẩm như sữa mẹ, sữa động vật, các sản phẩm lên men truyền thống như dưa chua…; trong hoa quả như nho, vải và táo…

Có các đặc tính đặc trưng của probiotic như:

• Khả năng sống sót qua đường tiêu hóa: cần chịu được pH tại điểm khác nhau trong đường tiêu hóa đặc biệt là acid dạ dày, chúng thường là các vi sinh vật sinh ra acid hoặc có khả năng sinh bào tử. Các vi sinh vật này cũng cần có khả năng chịu được các men ở đường ruột.
• Có khả năng phát triển trong ruột: có khả năng bám dính ở niêm mạc ruột hoặc di chuyển chậm qua đường tiêu hóa. Vì chỉ khi lưu giữ một thời gian ở đường tiêu hóa thì chúng mới có khả năng phát huy tác dụng.
• Có hiệu quả có lợi và đáng tin cậy: chúng cần được chúng minh bằng các nghiên cứu khoa học và các thử nghiệm trên động vật và trên người. Các vi sinh vật có khả năng ức chế các vi sinh vật có hại như tiết ra men bacteriocin; tiết ra các men giúp tiêu hóa hộ cơ thể vật chủ các thức ăn; phục hồi niêm mạc đường tiêu hóa và cân bằng vi khuẩn chí đường ruột.

Có khả năng ổn định trong quá trình bảo quản và điều kiện bảo quản dễ dàng. Cần duy trì được số lượng đủ lớn trên 5 tỷ tế bào ở các điều kiện thường như độ ẩm 75%, trong 30 độ C trong thời hạn sử dụng ít nhất 2 năm.

Dễ nuôi cấy: có khả năng tăng sinh nhanh trong môi trường sản xuất và dễ dàng đưa vào sản xuất công nghiệp.

Các nhóm vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất probiotic

Nhóm nấm men: 2 loại hay được sử dụng là saccharomyces cerevisiae, saccharomyces boulardii. Chúng có các đặc điểm:

• Khả năng sinh bào tử thấp, nảy chồi tạo dạng dạng sinh dưỡng.
• Không tồn tại trong hệ tiêu hóa của người.
• Hô hấp kỵ khí hoặc hiếu khí.
• Ưa mát: từ 28 đến 30 độ C, có thể tồn tại được ở 40 độ C.
• Khả năng chịu đựng pH dạ dày thấp và muối mật.
• Sinh protease có khả năng làm giảm độc tố do clostridium difficile- gây viêm ruột giả mạc khi sử dụng kháng sinh; sinh enzyme phosphatase có khả năng bất hoạt các nội độc tố của vi khuẩn E.coli tiết ra.
• Kháng được một số kháng sinh và một số hóa chất, nên có thể sử dụng đồng thời khi đang điều trị bằng các thuốc này.

Nhóm vi khuẩn lactic: 3 vi khuẩn hay được sử dụng là lactobacillus, streptococcus, bifidobacteria. Chúng có các đặc điểm:

• Thuộc nhóm gram (+) không sinh bào tử.
• Phân lập được từ hệ tiêu hóa của người, có trong sữa thịt, thực vật và các sản phẩm lên men truyền thống.
• Có khả năng hô hấp kị khí hoặc vi hiếu khí.
• Thích hợp ở nhiệt độ cơ thể người 37 độ C và không phát triển được ở nhiệt độ dưới 22 độ C và trên 48 độ C.
• Chịu được pH tốt nên có khả năng sống sót qua acid dạ dày. Ví dụ như vi khuẩn L.acidophilus chịu được pH 3.0 trong 5 giờ, nhưng ở pH thấp hơn chúng có thể bị tiêu diệt. Do đó nên uống probiotic sau khi ăn.
• Có khả năng sinh acid lactic- giúp cơ thể dễ tiêu hóa thức ăn; bacteriocin- hạn chế sự phát triển của vi khuẩn có hại; lactase- tiêu hóa đường lactose trong sữa, giảm tiêu chảy.

Nhóm vi khuẩn bacillus: 3 vi khuẩn được sử dụng như bacillus subtilis, B.clausii, B. coagulans. Chúng có các đặc điểm:

• Thuộc nhóm vi khuẩn gram (+) và có khả năng sinh bào tử.
• Không có mặt trong hệ tiêu hóa của người, không phát triển trong đường ruột.
• Có khả năng hô hấp hiếu khí hoặc kỵ khí.
• Nhiệt độ thích hợp ở cơ thể người: 37 độ C; không phát triển được ở nhiệt độ dưới 22 và trên 40 độ C.
• Có khả năng chịu được pH dạ dày do có khả năng sinh bào tử.
• Kháng được nhiều kháng sinh và chịu được nhiều loại hóa chất như nấm men.
• Sinh protease và bacteriocin.

Nguyên tắc sản xuất chế phẩm probiotic

Len men các vi sinh vật probiotic cần chú ý đến các thành phần môi trường nuôi cấy (cung cấp đủ dinh dưỡng cho vi sinh vật sống và phát triển); thời điểm thu sinh khối- cuối pha sinh trưởng; xử lý sinh khối để thu được tỉ lệ sống cao; thiết kế được các công thức và dạng bào chế thích hợp để giảm thiểu ảnh hưởng đến vi sinh vật, duy trì tỷ lệ sống sót và độ ổn định cao.

Nguyên tắc sản xuất:

Quá trình sản xuất gồm 4 bước cơ bản là trước lên men, lên men, xử lý dịch lên men và đông khô.

• Trước lên men: Lựa chọn chủng giống đạt các tiêu chuẩn để sản xuất probiotic như vi khuẩn lactic, bacillus hoặc nấm men. Môi trường nuôi cấy cần thích hợp dựa vào các đặc điểm của vi sinh vật. Môi trường dinh dưỡng nên chứa các hydrocacbon tan và giàu acid amin.
• Trong quá trình lên men: chọn điều kiện nuôi cấy về nhiệt độ, chế độ cấp khí, thời điểm thu sản phẩm thích hợp. Nhiệt độ nên duy trì từ 30 đến 37 độ C- ưa mát, nhiệt độ thích hợp để vi sinh vật phát triển nhanh sinh khối; chế độ cấp khí tùy thuộc vào đặc điểm kị khí hoặc hiếu khí; thời điểm thu sản phẩm thích hợp, với vi khuẩn không sinh bào từ nên thu sinh khối ở cuối pha sinh trưởng; còn vi sinh vật sinh bào tử nên thu ở cuối pha cân bằng.
• Xử lý dịch lên men: tiến hành lọc, ly tâm để thu lấy tế bào, có thể chọn điều kiện thích hợp để chuyển chúng về dạng bào tử.
• Đông khô: sinh khối thu được sẽ được sấy bằng đông khô để đảm bảo độ ẩm dưới 1%- điều kiện bảo quản chế phẩm được lâu dài.

Sản xuất sinh khối L.acidophilus

• Nhiệt độ nuôi cấy: 37 độ C.
• Chế độ cấp khí: nuôi cấy ở điều kiện vi hiếu khí (ở tủ CO2 5%).
• Môi trường nuôi cấy: MRS ở dạng lỏng, giàu dinh dưỡng (giàu đạm) nhiều khoáng để vi khuẩn phát triển sinh khối.
• Thời gian lên men: 24 đến 30 giờ- cuối pha sinh trưởng, do vi khuẩn không sinh bào tử. Thời gian nhân giống 24 giờ

Sản xuất sinh khối B.clausii

• Điều kiện nuôi cấy: cấp khí từ 1,2 đến 1,5 VVM (vi khuẩn hiếu khí); hơi ưa nhiệt, nuôi cấy ở nhiệt độ từ 37 đến 40 độ C; môi trường hơi kiềm với pH thích hợp từ 7 đến 10.
• Môi trường nuôi cấy: môi trường lỏng, giàu dinh dưỡng đặc biệt là acid amin. Hay sử dụng môi trường LB với các thành phần peptone, cao thịt, NaCl và nước.
• Thời gian nhân giống: trong 24 giờ.
• Thời gian lên men: 4 ngày- thời điểm cuối pha cân bằng để thu được dạng bào tử nhiều nhất.
• Xử lý thu sinh khối: Đun nóng ở 80 độ C để diệt dạng sinh dưỡng và tạo điều kiện khắc nghiệt để chuyển chúng sang dạng bào tử.

Các dạng bào chế chứa probiotic

Các chế phẩm chứa probiotic yêu cầu phải đảm bảo được số lượng vi sinh vật sống sót cao với số lượng đủ lớn từ 10^8 đến 10^9 cfu trong 1 gam chế phẩm; không có tạp nhiễm và độc tố; bảo vệ được vi sinh vật qua đường tiêu hóa và giảm được các tác nhân gây ảnh hưởng trong quá trình bào chế như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng…

Được sử dụng qua đường tiêu hóa nên các dạng bào chế dùng qua thường gặp như: bột, cốm pha hỗn dịch, nang cứng, viên nén, viên đặt, hỗn dịch uống…

Dạng bào chế chứa probiotic có 5 thế hệ:

• Thế hệ 1: đơn giản nhất, không bao bảo vệ. Các dạng cốm, bột, đơn loài thuộc nhóm này.
• Thế hệ 2: không bao bảo vệ. Các dạng nang cứng, viên nén thuộc nhóm này. Chúng có thể chứa đơn hoặc đa loài. Các thế hệ 1 và thế hệ 2 cần lựa chọn được vi sinh vật chịu đựng được acid dạ dày và muối mật.
• Thế hệ 3: được bao màng bao tan trong ruột. Thế hệ này có thể chứa các vi sinh vật nhạy cảm với acid dạ dày.
• Thế hệ 4: dạng vi nang hóa tan được trong ruột. Có thể phối hợp nhiều loại probiotic với nhau.
• Thế hệ 5: sử dụng bao kép. Với lớp thứ nhất là lớp peptid/ protein và lớp thứ 2 là lớp polysaccharide. Thế hệ này giúp giải phóng vi sinh vật ở ruột (đặc biệt là ruột già).

Một số chế phẩm trên thị trường chứa probiotic

Men vi sinh enterogermina: sản phẩm của tập đoàn dược phẩm sanofi- aventis. Sản phẩm này có 2 dạng bào chế là viên nang hoặc tuyp 5ml, mỗi liều chứa khoảng 2.10^9 tế bào vi khuẩn bacillus clausii.

Men vi sinh simbiosistem: đây là probiotic đầu tiên trên thế giới được bào chế bằng công nghệ bao film. Chúng chứa vi khuẩn Lactobacillus rhamnosus LR06 và Lactobacillus reuteri LRE02.

Men vi sinh bifina: được bào chế theo công nghệ viên nang kép niền mạch của tập đoàn Morishita Jinta của Nhật Bản. Bifina chứa đồng thời 2 loại probiotic là Bifidobacterium và Lactobacillus.

Tài liệu tham khảo

Slide bài giảng “công nghệ vi sinh”- PGS.TS Đàm Thị Xuân- trường Đại học Dược Hà Nội

Probiotic Acidophilus – Uses, Side Effects, and More, Webmd, truy cập ngày 7/6/2023.

Xem thêm:

Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất các sản phẩm protein đơn bào

[Chia sẻ] Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất các vitamin B12