Tổng quan về Lactic acid bacteria

LAB thuộc ngành Firmicutes, là một trong những ngành vi khuẩn lớn nhất. Các chi chính cấu thành LAB là Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus và Enterococcus. Các chi này được chia thành nhiều loài, đại diện chung cho một nhóm vi khuẩn đa dạng với các đặc điểm sinh lý và sinh hóa khác nhau.

LAB được tìm thấy trong các môi trường sinh thái khác nhau, bao gồm cơ thể con người (miệng, đường tiêu hóa và âm đạo), động vật, thực vật và các sản phẩm thực phẩm lên men. Một số chủng LAB đã được phân lập từ các mẫu môi trường như đất, nước và nguyên liệu thực vật. LAB đóng một vai trò quan trọng trong quá trình lên men của các sản phẩm thực phẩm khác nhau như sữa chua, pho mát, dưa cải bắp, dưa chua, bánh mì bột chua và xúc xích lên men. Ngoài ra, LAB góp phần vào quá trình lên men của đồ uống như kefir, kombucha và bia chua.

Phương thức chuyển hóa chính trong LAB là lên men, trong đó chúng phân hủy đường (chủ yếu là glucose) thành axit lactic thông qua hai con đường chính: lên men đồng hình và dị hình. Quá trình lên men đồng hình tạo ra axit lactic chủ yếu, trong khi quá trình lên men dị thể tạo ra axit lactic, etanol và carbon dioxide là sản phẩm cuối cùng. LAB cũng tạo ra nhiều axit hữu cơ khác và các hợp chất hương vị trong quá trình lên men, góp phần tạo nên hương vị và mùi thơm của thực phẩm lên men.

LAB đã được nghiên cứu rộng rãi về các đặc tính sinh học của chúng, đề cập đến các tác dụng tăng cường sức khỏe mà chúng mang lại cho vật chủ khi được tiêu thụ với số lượng đầy đủ. Một số chủng LAB probiotics nổi tiếng nhất bao gồm Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus rhamnosus và Bifidobacterium bifidum. Các chủng LAB Probiotics đã được chứng minh là mang lại nhiều lợi ích sức khỏe khác nhau như:

Cải thiện sức khỏe đường ruột: Các chủng LAB có thể giúp duy trì hệ vi sinh vật đường ruột cân bằng, điều này rất quan trọng đối với sức khỏe đường ruột tổng thể. Chúng có thể ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh có hại và thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn có lợi trong đường tiêu hóa.

Tăng cường chức năng miễn dịch: LAB có thể điều chỉnh hệ thống miễn dịch của vật chủ, kích thích sản xuất các cytokine và globulin miễn dịch, giúp bảo vệ chống nhiễm trùng.

Giảm khả năng dung nạp đường sữa: Một số chủng LAB có thể tạo ra lactase, một loại enzyme giúp phân hủy đường sữa trong cơ thể người. Điều này có thể làm giảm bớt các triệu chứng không dung nạp đường sữa ở một số người.

Đặc tính kháng khuẩn: Các chủng LAB có thể tạo ra các chất kháng khuẩn như bacteriocin, có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh.

Tác dụng chống viêm: LAB có thể điều chỉnh các phản ứng viêm trong vật chủ, có khả năng làm giảm các bệnh liên quan đến viêm.

Tác dụng giảm cholesterol: Một số chủng LAB đã được báo cáo là làm giảm mức cholesterol trong máu, điều này có thể góp phần làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch.

Cải thiện sức khỏe tâm thần: Nghiên cứu mới nổi đã gợi ý mối liên hệ giữa sức khỏe đường ruột và sức khỏe tâm thần. Các chủng LAB lợi khuẩn có khả năng ảnh hưởng đến quá trình sản xuất chất dẫn truyền thần kinh ở ruột và não, có khả năng cải thiện tâm trạng và chức năng nhận thức.

Trong khi hầu hết các chủng LAB được coi là an toàn để tiêu thụ, một số chủng có thể gây rủi ro cho sức khỏe. Ví dụ, Enterococcus có liên quan đến nhiễm trùng ở những người bị suy giảm miễn dịch. Do đó, các cơ quan quản lý như FDA và Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) đã thiết lập các hướng dẫn sử dụng LAB trong các sản phẩm thực phẩm và chất bổ sung. Những hướng dẫn này đảm bảo rằng chỉ những chủng LAB an toàn và có đặc tính tốt mới được sử dụng trong sản xuất thực phẩm và thực phẩm bổ sung.

Ngoài vai trò của chúng trong quá trình lên men thực phẩm và men vi sinh, LAB còn có nhiều ứng dụng công nghiệp và công nghệ sinh học khác nhau:

Bảo quản thực phẩm: Đặc tính kháng khuẩn và khả năng tạo ra axit hữu cơ của LAB có thể giúp kéo dài thời hạn sử dụng của các sản phẩm thực phẩm dễ hỏng.

Biến đổi kết cấu thực phẩm: Việc sản xuất exopolysaccharide bởi một số chủng LAB có thể giúp cải thiện kết cấu và cảm giác ngon miệng của một số sản phẩm thực phẩm.

Chuyển đổi sinh học: LAB có thể được sử dụng để chuyển đổi sinh học các chất thải nông-công nghiệp thành các sản phẩm có giá trị, chẳng hạn như axit lactic, nhiên liệu sinh học và các polyme sinh học khác.

Sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học: LAB có thể được thiết kế để sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học cụ thể, như vitamin, chất chống oxy hóa và enzyme, để sử dụng trong ngành thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.

Xử lý sinh học: LAB có thể được sử dụng để xử lý sinh học các chất gây ô nhiễm môi trường, chẳng hạn như kim loại nặng, thuốc trừ sâu và các hợp chất độc hại khác.

Khi sự hiểu biết về các vai trò và ứng dụng đa dạng của LAB tiếp tục phát triển, nghiên cứu trong lĩnh vực này đã mở rộng đáng kể. Một số trọng tâm nghiên cứu hiện tại bao gồm:

Men vi sinh thế hệ tiếp theo: Phát triển các chủng men vi sinh mới với chức năng và độ ổn định được cải thiện, cũng như các men vi sinh được cá nhân hóa phù hợp với hệ vi sinh vật độc nhất của mỗi cá nhân.

Sinh học hệ thống và bộ gen: Nghiên cứu các đặc điểm bộ gen và trao đổi chất của LAB để hiểu rõ hơn về sinh lý học, sự thích nghi với các môi trường khác nhau và các ứng dụng tiềm năng của chúng.

Sinh học tổng hợp và kỹ thuật trao đổi chất: Kỹ thuật biến chủng LAB để tạo ra các phân tử sinh học có giá trị, chẳng hạn như nhiên liệu sinh học, polyme sinh học và dược phẩm, sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử tiên tiến.

Tương tác giữa vật chủ và vi khuẩn: Điều tra các tương tác phức tạp giữa LAB và các sinh vật chủ của chúng, đặc biệt là các cơ chế phân tử làm cơ sở cho các tác động của lợi khuẩn đối với sức khỏe con người.

Thực phẩm lên men có nguồn gốc thực vật: Khám phá tiềm năng của quá trình lên men LAB trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm mới có nguồn gốc thực vật, đặc biệt là để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với các lựa chọn thay thế thực phẩm bền vững và tốt cho sức khỏe.

Vi khuẩn axit lactic là một nhóm vi sinh vật đa dạng với nhiều ứng dụng trong thực phẩm, y tế và công nghệ sinh học. Chúng đóng vai trò thiết yếu trong quá trình lên men của các sản phẩm thực phẩm khác nhau và có các đặc tính sinh học có thể mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ. Nghiên cứu LAB tiếp tục phát triển, với các chủng mới, ứng dụng và tiến bộ công nghệ sinh học được phát hiện thường xuyên. Những phát hiện này góp phần phát triển các sản phẩm thực phẩm lên men mới, men vi sinh thế hệ tiếp theo và quy trình xử lý sinh học bền vững có thể giúp giải quyết các thách thức toàn cầu về sức khỏe, dinh dưỡng và môi trường.