Bộ môn Công nghệ Sinh học - Thực phẩm

Vi khuẩn Lactic (Lactic acid bacteria, LAB) được biết gắn liền với quá trình lên men và bảo quản thực phẩm từ thời xa xưa. Ngày nay LAB là nhóm vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau và đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp thực phẩm, dược phẩm. Cùng với axit lactic, việc sản xuất bacteriocin và các hợp chất kháng nấm có thể áp dụng làm chất bảo quản trong một số loại thực phẩm. Hơn nữa, nhờ các đặc tính tăng cường sức khỏe, một số chủng probiotic có nguồn gốc từ LAB đã được khai thác ứng dụng trong dược phẩm và thực phẩm chức năng. LAB cũng có tiềm năng để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học như exopolysacharide, axit lipoteichoic, axit linoleic liên hợp…với các ứng dụng khác nhau. Để khai thác hiệu quả quá trình lên men LAB, các thách thức vẫn nằm ở sự kết hợp của quá trình lên men và tách chiết để đảm bảo sự ổn định hoạt tính sinh học của các sản phẩm lên men.’

Hình 1. Vi khuẩn lactic và các ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm (Raj, Tirath và cộng sự, 2021)

CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN TỪ LAB VÀ ỨNG DỤNG
1. Axit lactic
Axit lactic (axit 2-hydroxypropanoic) là một phân tử bất đối với hai đồng phân quang học, L-axit lactic và D-axit lactic, có thể được sản xuất thông qua tổng hợp hóa học hoặc lên men vi sinh vật. Tuy nhiên, phần lớn axit lactic thương mại hiện nay được sản xuất thông qua con đường công nghệ sinh học (qua lên men LAB đồng hình và dị hình). Một số loài LAB chỉ có thể tổng hợp một trong hai loại đồng phân quang học của axit lactic, cho phép sử dụng trong một số ứng dụng chuyên biệt. Trong số các vi khuẩn L- axit lactic có L. amilophylus, L. brevis, L. buchneri, L. rhamnosus... Trong khi đó, L. coryniformis tổng hợp D-axit lactic một cách đặc hiệu, còn L. plantarum và L. pentosus có thể sản xuất cả hai loại đồng phân. Hầu hết quá trình lên men sản xuất axit lactic bằng lên men LAB nhắm vào đồng phân dạng L-axit lactic. Đặc biệt, ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm rất ưa chuộng đồng phân này, chất duy nhất có thể được chuyển hóa trong cơ thể con người (Castillo Martinez FA và cộng sự, 2013).
2. Bacteriocin
Bacteriocin là các peptit nhỏ có đặc tính kháng khuẩn thường được sản xuất bởi LAB, các hợp chất này hoạt động chống lại các vi khuẩn Gram dương khác. Do đặc tính kháng khuẩn của chúng, một số bacteriocin như nisin và pediocin được sử dụng làm chất bảo quản trong các sản phẩm thực phẩm để ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng và gây bệnh. Ngoài ra, bacteriocin được cho là đóng góp vào khả năng ức chế vi khuẩn gây hại của tế bào, đây là một đặc điểm quan trọng đối với một số LAB được sử dụng như giống khởi động trong thực phẩm lên men. Việc sử dụng bacteriocin hoặc LAB sản xuất bacteriocin có thể cải thiện độ an toàn, kiểm soát hệ vi sinh đối với sản phẩm lên men, và tăng thời hạn sử dụng của sản phẩm giúp cải thiện tổng thể các khía cạnh an toàn của thực phẩm. Cơ chế kháng khuẩn chung của bacteriocin dựa trên sự phá vỡ màng tế bào thông qua hình thành các lỗ hoặc “tác dụng tẩy rửa”, như trong trường hợp của nisin (And HC và Hoover DG, 2013).
3. Khai thác sinh khối LAB
3.1. Probiotic
Thuật ngữ probiotic đề cập đến “các vi sinh vật sống, khi được sử dụng với lượng thích hợp, mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ”. Sự quan tâm ngày càng tăng việc sử dụng các vi sinh vật này để điều trị các bệnh cụ thể hoặc các triệu chứng liên quan đã thúc đẩy thực hiện nhiều nghiên cứu toàn diện. Probiotic thường được thêm vào thực phẩm như chất bổ sung và cung cấp các lợi ích cho người sử dụng chẳng hạn như duy trì hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh, giảm mức cholesterol và điều chỉnh phản ứng miễn dịch. Probiotic chủ yếu được sử dụng để điều trị rối loạn tiêu hóa và các bệnh đường tiêu hóa, cũng như các bệnh về da, miệng, đường tiết niệu và đường hô hấp.
Hầu hết các probiotic có trên thị trường thuộc các chi Lactobacillus, Enterococcus, Streptococcus và Bifidobacterium. Các chi khác như Roseburia spp., Akkermansia spp., Propionibacterium spp. và Faecalibacterium spp. cũng cho thấy các đặc điểm probiotic đầy hứa hẹn và hiện đang được đánh giá. 

Hình 2. Cơ chế probiotic phát huy vai trò đối với đường tiêu hóa và ruột (Ayivi RD và cộng sự, 2020)

Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều quan tâm đến việc xác định đặc tính của các chủng LAB mới từ các nguồn khác nhau để sử dụng chúng làm probiotic hoặc cho các ứng dụng khác. Tuy nhiên, song song với các nỗ lực phân lập và xác định các đặc tính probiotic, việc xác định ở cấp độ loài và dưới loài là cần thiết cho mục đích thương mại. Phương pháp nhận dạng phổ biến nhất là dựa trên trình tự của vùng bảo tồn gen 16S rRNA; thông thường, điều này được sử dụng để xác định vị trí phát sinh loài của các dòng phân lập. Khi một số chủng được nghiên cứu, các công cụ phân tử khác có thể được sử dụng để phân loại và chọn lọc các dòng phân lập, ví dụ, DNA marker trong phản ứng PCR, điện di gradient gel biến tính (DGGE), DNA đa hình được khuếch đại ngẫu nhiên (RAPD), và gần đây là giải trình tự toàn bộ bộ gen.
3.2. Axit lipoteichoic
Axit lipoteichoic (LTA) lần đầu tiên được phân lập từ L. arabinosus vào những năm 1960. Kể từ đó, các nghiên cứu khác nhau đã báo cáo các biến thể về cấu trúc và chức năng của LTA theo các chi và loài vi khuẩn. Ở cấp độ tế bào, chức năng của LTA liên quan đến việc điều chỉnh các enzyme tự phân vách tế bào trong quá trình phân chia tế bào, điều này rất quan trọng đối với sự phát triển và tăng sinh của tế bào. Ở cấp độ công nghiệp, LTA cho thấy một loạt các ứng dụng tiềm năng trong thực phẩm và dược phẩm.
Một số nghiên cứu cho thấy LTA có đặc tính chống sự hình thành màng sinh học ở vi khuẩn gây bệnh nên thể hiện khả năng điều trị hoặc ngăn ngừa các bệnh truyền nhiễm qua đường miệng. Hơn nữa, LTA cũng cho thấy hoạt tính chống viêm để điều trị viêm đại tràng và đặc tính điều hòa miễn dịch. Weill và cộng sự (2012) đã thực hiện các thử nghiệm in vivo trên chuột và chứng minh rằng việc uống LTA tinh khiết từ L. rhamnosus GG (ATCC 53103) có thể điều chỉnh khả năng ức chế miễn dịch trước bức xạ tia cực tím và sự phát triển khối u da.
3.3. Các hợp chất khác có tiềm năng công nghiệp do LAB sản xuất

Bảng 1. Các chất chuyển hóa thứ cấp được sản xuất bởi LAB (Mora J và cộng sự, 2020)

Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Phú Thọ, Nguyễn Hữu Thanh (2022), Vi khuẩn lactic: tiềm năng khai thác các sản phẩm có hoạt tính sinh học cao cho ứng dụng thực phẩm và dược phẩm, Tạp chí Dinh dưỡng và Thực phẩm.
[2] Raj, Tirath & Kuppam, Chandrasekhar & Amradi, Naresh & Kim, Sang-Hyoun. (2021). Recent biotechnological trends in lactic acid bacterial fermentation for food processing industries. Systems Microbiology and Biomanufacturing. 2. 1-27. 10.1007/s43393-021-00044-w.
[3] Castillo Martinez FA, Balciunas EM, Salgado JM, Domínguez González JM, Converti A, Oliveira RPdS (2013). Lactic acid properties, applications and production: A review. Trends Food Sci Technol. 30 (1):70-83.
[4] And HC, Hoover DG (2003). Bacteriocins and their food applications. Compr Rev Food Sci F. 2 (3):82-100.
[5] Ayivi RD, Gyawali R, Krastanov A, Aljaloud SO, Worku M, Tahergorabi R, Silva RCd, Ibrahim SA (2020). Lactic Acid Bacteria: Food Safety and Human Health Applications. Dairy.1(3):202-232. https://doi.org/10.3390/dairy1030015
[6] Weill F, Cela E, Paz M, Ferrari A, Leoni J, Gonzalez Maglio D (2012). Lipoteichoic acid from Lactobacillus rhamnosus GG as an oral photoprotective agent against UV-induced carcinogenesis. Br J Nutr.10.
[7] Mora J, Montero-Zamora J, Barboza N, Rojas-Garbanzo C, Usaga J, Redondo- Solano M, Schroedter L, Olszewska-Widdrat A, López-Gómez J (2020). Multi-product lactic acid bacteria fermentations: A review. Fermentation. 6:23.
ThS. Huỳnh Thành Đạt (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)