Có thể bạn đã từng nghe về probiotics hay còn gọi là men vi sinh nhưng lại chưa biết tới prebiotics là gì. Tưởng chừng 2 khái niệm này là một, nhưng thực chất chúng khác nhau rất nhiều, từ cấu trúc tới vai trò cho sức khỏe. Hãy cùng đọc bài viết sau để hiểu hơn về prebiotics bạn nhé!
Mục lục
1. Prebiotics là gì?
Khái niệm prebiotics được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1995 bởi Glenn Gibson và Marcel Roberfroid. Hiểu một cách đơn giản
Prebiotics là thành phần trong chế độ dinh dưỡng của chúng ta mà cơ thể không tiêu hóa được (chủ yếu là chất xơ), được hệ lợi khuẩn đường ruột lên men có chọn lọc và sử dụng như nguồn dinh dưỡng chính của chúng.
Từ định nghĩa trên, người ta cũng chỉ ra các chất prebiotics phải đáp ứng đủ 3 yêu cầu:
- Không bị phân cắt bởi dịch tiêu hóa như dịch acid dạ dày, dịch mật dịch tụy ở tá tràng và không được hấp thụ tại ruột non.
- Lên men bởi lợi khuẩn đường ruột và là nguồn dinh dưỡng chính của chúng.
- Kích thích một cách chọn lọc sự phát triển, giúp tăng hoạt tính của lợi khuẩn đường ruột.
2. Phân loại Prebiotics
Có rất nhiều loại prebiotics. Đa số các prebiotics thuộc nhóm carbohydrate – một nhóm dinh dưỡng quan trọng bao gồm đường, tinh bột, xenlulose và chất xơ. Prebiotics được biết đến chủ yếu là các carbohydrate oligosaccharide (OSCs). Một số ít các prebiotics khác được biết tới không thuộc nhóm carbohydrate. Dưới đây là các prebiotics tiêu biểu:
2.1. Fructan
Fructan bao gồm inulin và fructo-oligosaccharide hoặc oligofructose. Một cách đơn giản hơn, fructan là nhóm chất xơ có mạch polyme thẳng với các mắt xích là các phân tử fructose liên kết lại với nhau.
Số lượng phân tử fructose quyết định chiều dài chuỗi polyme và cũng tạo ra một fructan khác nhau, có thể có từ 2 – 60 mắt xích trong phân tử fructan. Fructan chuỗi ngắn có thể hòa tan, còn chuỗi dài hơn sẽ khó tan. Inulin là một fructan có chuỗi polyme ngắn.
Trong tự nhiên, người ta tìm thấy các fructan chủ yếu trong củ, thân rễ thực vật, ngoài ra một số loại rau quả có chứa fructan như rau diếp xoăn, atiso, hành, tỏi, măng tây, chuối, củ đậu, một số loại lúa mạch,…
Các fructan có thể trực tiếp hoặc gián tiếp tác động lên hệ vi sinh vật đường ruột. Tùy theo độ dài chuỗi đường của phân tử fructan chúng sẽ được lợi khuẩn lựa chọn để lên men. Nhóm lợi khuẩn lên men acid lactic với các loài như Bifidobacteria và Lactobacillus là nhóm lợi khuẩn chính sử dụng nguồn dinh dưỡng fructan này. Đây là phân nhóm prebiotics quan trọng và được nghiên cứu rất nhiều cũng như đã được sản xuất ở quy mô công nghiệp.
2.2. Galacto-Oligosaccharide
Galacto-oligosaccharide (GOS) là các cao phân tử có nhiều hơn 3 phân tử đường galactose với nhau và kết thúc bằng một phân tử glucose. GOS có vị ngọt, tan trong nước, lượng calo thấp nên thường được sử dụng thay thế đường cho bệnh nhân tiểu đường.
GOS có nguồn gốc từ động vật, được chiết xuất từ lactose từ sữa bò, dê,…dưới sự xúc tác của enzym beta-galactosidase. Ngoài ra, GOS còn được tìm thấy sớm trong sữa mẹ với hàm lượng lên tới 7%.[1]
GOS được coi là nguồn dinh dưỡng cho các họ lợi khuẩn quan trọng trong đường tiêu hóa như Bifidobacteria và Lactobacilli. Ngoài ra, GOS cũng là nguồn dinh dưỡng cho nhiều chủng lợi khuẩn quan trọng khác như Enterobacteria , Bacteroidetes và Firmicutes. GOS có vai trò quan trọng và an toàn với trẻ sơ sinh bởi Bifidobacteria là họ lợi khuẩn chính trong hệ đường ruột của trẻ và GOS là thành phần của sữa mẹ. Đây là một nhóm prebiotics quan trọng và được biết đến rộng rãi.
2.3. Tinh bột và các oligosaccharide có nguồn gốc từ glucose
Các loại tinh bột không bị tiêu hóa bởi các dịch tiêu hóa trong đường ruột còn được gọi là tinh bột kháng dịch tiêu hóa (RS).
Đây là nguồn dinh dưỡng dành cho một số lợi khuẩn nhóm Firmicute hay như các loài Ruminococcus bromii , Bifidobacterium teencentis hoặc lên men kém hơn bởi Eubacterium directale và Bacteroides thetaiotaomicron.
Polydextrose là một oligosaccharide có nguồn gốc từ glucose, bao gồm glucan nhiều nhánh với liên kết glycoside. Các prebiotics này cần được nghiên cứu thêm để đưa vào sản xuất ở quy mô công nghiệp và các ứng dụng thực tiễn.
2.4. Oligosaccharid khác
Oligosaccharide là một polyme mạch thẳng – pectic oligosaccharide (POS).
- POS có thể được biết đến như homogalacturonan, xylogalacturonan, rhamnogalacturonan.
- Sự đa dạng của prebiotics nhóm này nhờ việc este hóa methyl và gốc acetyl hóa ở vị trí C2 và C3.
- Đây là nhóm prebiotics được tìm thấy trong thành phần tế bào của hầu hết các loài thực vật như khoai tây, đậu bắp, củ cải đường, dưa hấu,...[2]
- Tuy nhiên các prebiotics này chưa có nhiều ứng dụng trong thực tế, cần được nghiên cứu thêm.
2.5. Các prebiotics không phải là carbohydrate
Có rất ít các prebiotics nhóm này. Một prebiotic được biết đến và đang được nghiên cứu là flavanol trong ca cao. Với flavanol, những nghiên cứu bước đầu cho thấy hiệu quả của prebiotics trong làm tăng đáng kể lợi khuẩn Bifidobacteria và Lactobacillus. [3] Tuy nhiên chưa ghi nhận nhiều nghiên cứu trên các nhóm này. Với tiềm năng của nhóm là còn rất lớn nên cần được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện.
3. Cơ chế tác động của prebiotics lên hệ vi sinh đường ruột
Bằng cách cung cấp các nguồn năng lượng cho hệ vi sinh vật đường ruột, prebiotics có thể điều chỉnh thành phần và chức năng của các vi sinh vật này. Mỗi chủng lợi khuẩn sẽ sử dụng một số prebiotics nhất định tạo năng lượng.
Các Bifidobacteria sẽ chủ yếu lên men một số tinh bột và fructan. Các prebiotics cùng nhóm có thể là nguồn thức ăn của các chủng lợi khuẩn khác nhau tùy thuộc cấu tạo, độ dài ngắn, lớn nhỏ của phân tử prebiotics.
Đôi khi sản phẩm phụ của một vi sinh vật cũng có thể thành nguồn thức ăn cho một chủng vi sinh vật khác, gọi là cho ăn chéo. Đồng thời sản phẩm phụ này cũng có thể là để kháng chủng vi sinh vật khác. Sản phẩm lên men prebiotics chủ yếu là acid, do vậy có thể thay đổi pH của môi trường ruột từ 6.5 đến 5.5. Một số vi sinh vật bị ức chế bởi pH acid như Bacteroid.
Nhìn chung, prebiotics tác động lên hệ vi sinh đường ruột trực tiếp hoặc gián tiếp, có vai trò giúp hệ vi sinh vật đường ruột đạt được trạng thái cân bằng động, góp phần quan trọng để có một đường tiêu hóa khỏe mạnh.
4. Vai trò của Prebiotics trong duy trì và nâng cao chức năng sinh lý cơ thể
4.1. Với các trường hợp rối loạn tiêu hóa
Các prebiotics được biết đến như là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho hệ vi sinh vật đường tiêu hóa, từ đó giúp ổn định cân bằng động của hệ vi sinh vật này. Việc ổn định hệ vi sinh vật trong đường ruột có ý nghĩa quan trọng trong việc điều trị các vấn đề về rối loạn tiêu hóa, giúp cho đường tiêu hóa khỏe mạnh thậm trí hỗ trợ điều trị một số bệnh đường ruột. Một số bệnh liên quan đến đường tiêu hóa được điều trị bằng cách bổ sung prebiotics như sau:
- Viêm ruột kích thích: Hội chứng viêm ruột kích thích là trường hợp bệnh nhân bị rối loạn tiêu hóa tái đi tái lại nhiều lần mà không tìm thấy tổn thương loét. Người bị hội chứng này sẽ có các triệu chứng đau bụng, đầy hơi, khó tiêu, rối loạn tiêu hóa,…Một số các prebiotics ở liệu lượng nhất định sử dụng có tác dụng ngừa hội chứng ruột kích thích và bệnh Crohn.
- Ung thư đại trực tràng: Inulin kết hợp với Bifidobacteria và Lactobacillus làm giảm nguy cơ ung thư đại trực tràng bằng cách giảm tốc độ tăng sinh tế bào dị biến ở đại trực tràng, gây hoại tử tế bào ruột kết, tạo hàng rào bảo vệ tính toàn vẹn và chức năng của hàng rào biểu mô.
- Viêm ruột hoại tử: Là tình trạng nghiêm trọng xảy ra ở trẻ sinh non do sự phát triển của hệ vi sinh vật gây hại trong đường tiêu hóa trong khi các lợi khuẩn còn yếu. FOS và GOS giúp cải thiện hệ lợi khuẩn đường ruột, ngăn ngừa vi sinh vật gây hại phát triển mạnh do vậy có tác dụng phòng ngừa viêm ruột hoại tử ở trẻ sinh non.
» Xem thêm: 10 điều cần biết về rối loạn tiêu hóa ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ
4.2. Với hệ thống miễn dịch
Nhiều prebiotics khi được bổ sung sẽ giúp hệ thống miễn dịch khỏe mạnh hơn. Các cơ chế của chức năng này được thực hiện thông qua việc ức chế sự phát sinh của các chủng vi sinh vật gây hại, ngăn ngừa chúng bám vào niêm mạc ruột đồng thời giúp tăng cường các yếu tố bảo vệ như các tế bào miễn dịch IL-4. IL-10, IL-6, IL-8, tế bào tiêu diệt tự nhiên NK. Điều thú vị ở đây là, các chất sinh ra từ prebiotics ở mẹ có thể qua nhau thai vào con và giúp hệ miễn dịch của con được tăng lên. Chính vì vậy việc mẹ sử dụng prebiotics có tác dụng ngăn nguy cơ viêm ruột hoại tử ở trẻ sinh non.
- Hỗn hợp oligofructose và inulin : Hỗn hợp oligofructans và inulin có thể cải thiện phản ứng của kháng thể đối với vacxin virut, chẳng hạn như cúm và sởi. Từ đó giúp giảm nguy cơ các phản ứng quá mẫn với vacxin như sốt, đau đầu, dị ứng,…
- FOS: Tiêu thụ FOS giúp tăng nồng độ IL-4, IL-6 và tế bào T. Từ đó FOS giúp cải thiện những triệu chứng phản ứng của cơ thể khi tiêm vacxin ngừa cúm, làm giảm tình trạng sốt bị tiêu chảy, giảm tần suất sử dụng kháng sinh, giảm thời gian mắc bệnh và giảm tỷ lệ co giật do sốt cao ở trẻ. Ngoài ra FOS còn giảm nguy cơ viêm da dị ứng ở trẻ em.
- GOS: Giúp làm tăng nồng độ IL-8 và IL-10, cải thiện chức năng tế bào tiêu diệt tự nhiên NK. Từ đó GOS làm giảm nguy cơ viêm da cơ địa và bệnh chàm.
4.3. Với hệ thần kinh
Prebiotics tác động đến hoạt động của não thông qua 3 con đường: dây thần kinh, nội tiết và miễn dịch.
- Con đường thần kinh: Các sản phẩm của quá trình lên men prebiotics có thể ảnh hưởng đến não bằng dây thần kinh phế vị. FOS và GOS có tác dụng điều chỉnh các yếu tố nuôi dưỡng dây thần kinh từ não, chất dẫn truyền thần kinh (D-serine) và protein tiếp hợp (synaptophysin và N-methyl-D-aspartate). Chính nhờ vai trò này giúp người sử dụng prebiotics tăng khả năng tập trung, tăng cường trí nhớ, làm việc với năng xuất cao hơn, tăng khả năng học tập.
- Con đường nội tiết: Trục dưới đồi- tuyến yên- thượng thận là đường thần kinh nội tiết. Việc hỗ trợ cơ thể điều hòa corticosterone và hormon vỏ thượng thận giúp cải thiện tâm trạng tránh cáu gắt, stress, căng thẳng, lo lắng từ đó giúp cải thiện chức năng thần kinh như tăng trí nhớ, tăng khả năng học tập và làm việc. Ngoài ra prebiotics còn hoạt động như một chất điều hòa các hormone khác.
- Con đường miễn dịch: Đã trình bày ở trên.
Dùng prebiotics có thể giúp giảm nồng độ amoniac trong máu qua 3 cơ chế:
- Giảm chuyển hóa amin trong ruột thành amoniac, sản phẩm lên men prebiotics bởi các chủng lợi khuẩn tạo acid lactic
- Chuyển amoniac thành amoni và đào thải ra ngoài
- Cuối cùng tăng tháo rỗng qua ruột già, giảm thời gian lên men.
Chính nhờ các cơ chế này giúp ngăn ngừa hội chứng não gan trên nền bệnh gan nặng.
4.4. Với da
GOS giúp làm giảm nguy cơ viêm da dị ứng ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ thông qua việc tăng cường hệ miễn dịch như đã trình bày ở trên. Ngoài ra, trong quá trình lên men ở ruột, vi sinh vật sẽ có thể tạo ra phenol, được chuyển và da và gây độc trên các bệnh nhân mắc bệnh thận thể nhẹ. Sử dụng GOS giúp cơ thể giảm tổng hợp thành phần phenol, giúp da giảm tình trạng sừng hóa và mất nước. GOS còn tăng cường khả năng giữ nước và giảm ban đỏ thông trên phụ nữ.
4.5. Với tim mạch
Prebiotics có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch bằng cách giảm các yếu tố gây viêm. Inulin với 10g/ ngày trong 3 tuần giúp giảm tạo mỡ ở gan và nồng độ triacylglycerol trong huyết tương. L-rhamnose giảm nồng độ acid béo tự do. Sử dụng GOS giúp tăng HDL- cholesterol tốt trong huyết thanh. Chính nhờ giảm các yếu tố gây hại mạch máu như triglyceride, acid béo tự do và tăng nồng độ HDL có lợi các prebiotics có thể giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch trên các đối tượng có nguy cơ cao như người béo phì, tăng huyết áp, tiểu đường.
4.6. Với hấp thụ canxi
Một số prebiotics có khả năng sự hấp thu canxi lên đáng kể như lactulose, TOS hoặc inulin + oligofructose với liều lượng dao động từ 5 đến 20g / ngày. Với trẻ em tăng đáng kể lượng canxi trong máu thúc đẩy quá trình khoáng hóa xương giúp trẻ phát chiều cao. Với phụ nữ có thai và cho con bú hoặc người cao tuổi, nhu cầu canxi lớn nên đây có thể là giải pháp giúp hấp thu canxi hiệu quả.
5. Quy trình sản xuất các sản phẩm prebiotics
Prebiotics có vai trò quan trọng với con người. Trong tự nhiên, chúng có hàm lượng thấp trong một số thực phẩm, chủ yếu là các loại rau (măng tây, củ cải đường, tỏi, rau diếp xoăn, hành tây,..) hay các loại hạt (lúa mì, lúa mạch, lúa mạch đen, đậu nành,…), trong quả (cà chua, chuối,…) sữa bò, mật ong, tảo, vi tảo. Với quy mô công nghiệp, các sản phẩm prebiotics được sản xuất từ nguồn nguyên liệu như lactose, sucrose và tinh bột. Các prebiotics được sản xuất nhiều nhất thuộc phân nhóm GOS, FOS.
5.1 FOS
FOS có trong khoảng 36000 nghìn thực vật, tuy nhiên hàm lượng rất thấp. Tại Nhật Bản và Mỹ, các thực phẩm như đồ ăn vặt, sữa chua, sản phẩm giảm cân, sản phẩm chay, fructan được bổ sung vào để thay thế cho chất béo và đường và giúp làm giàu chất xơ. Tại EU, fructan được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi. Chính những điều này thúc đầy ngành công nghiệp sản xuất fructan phát triển.
Fructan sản xuất trong quy mô công nghiệp từ thực vật. Các nguyên liệu thực vật quan trọng như actiso, rau diếp xoăn. Quy trình gồm 3 bước:
- Chiết xuất từ nguyên liệu thực vật thô chủ yếu là rau diếp xoăn.
- Tinh chế và phân giải: Loại tạp lần lượt bằng CaCO3 vi tinh thể và màng lọc ion, than hoạt tính. Loại vi khuẩn bằng màng siêu lọc 0.2 mcm.
- Phun sấy
Dịch fructan sau khi được tinh chế thì làm bay hơi và phun sấy. Sản phẩm cuối cùng là dạng bột frutan ổn định và có tới trên 90% inulin.
Ngoài sản xuất bằng nguyên liệu thực vật, FOS còn được sản xuất qua quá trình tổng hợp enzyme. Nguyên liệu được lựa chọn là Sucrose với enzym Aspergillus niger hoặc Aureobasidium pullulans.
FOS hoàn toàn có thể sản xuất trong công nghiệp với nguyên liệu và quy trình sản xuất rất an toàn. Sản phẩm cuối cùng thu được có hàm lượng inulin rất cao. [4]
5.2. GOS
GOS được sản xuất ở quy mô công nghiệp thông qua enzym β-Galactosidases tái tổ hợp từ một số nấm men S. cerevisiae và Pichia Pastoris. Enzym được tạo ra từ c loại nấm men này có ưu nhiều ưu điểm hơn vi khuẩn. Quá trình tổng hợp GOS là một cân bằng động, yêu cầu cần xử lý các sản phẩm phụ phát sinh như glucose hay galactose. Nhìn chung, GOS được tổng hợp đạt hàm lượng cao hơn rất nhiều so với GOS trong tự nhiên và an toàn cho người tiêu dùng.
GOS hay FOS được sản xuất với hàm lượng cao hơn so với tự nhiên, quy trình nghiêm ngặt và an toàn do vậy sản phẩm GOS hay FOS có thể là lựa chọn cho nhiều đối tượng bệnh nhân. [5]
6. Prebiotics có an toàn không?
Thông thường, các enzym tiêu hóa không tiêu hóa được các prebiotics. Tác dụng không mong muốn của prebiotics thường không nghiêm trọng, chủ yếu liên quan đến chức năng thẩm thấu của prebiotics. Prebiotics có thể hút nước vào trong lòng ruột do vậy có thể gây tiêu chảy, chướng bụng, tuy nhiên không quá nghiêm trọng. Tuy nhiên trên nhiều trường hợp đây lại là lợi ích điều trị như bệnh nhân bị táo bón, việc thẩm thấu nước vào phân giúp mềm phân, tăng khối lượng phân và tăng tháo rỗng ruột, từ đó tình trạng táo bón được cải thiện.
Các prebiotics chuỗi ngắn sẽ có tác dụng phụ rõ rệt hơn. Vì chuỗi ngắn sẽ được tiêu hóa ở đoạn đầu ruột già còn chuỗi dài tiêu hóa chậm hơn ở đoạn cuối ruột. Liều lượng prebiotics không ảnh hưởng tới tác dụng phụ của nó, do vậy không có nguy cơ quá liều khi dùng prebiotics. Do vậy các prebiotics chuỗi ngắn có thể được bổ sung cho các đối tượng bị táo bón như trẻ lười ăn rau, hoa quả.
Một lựa chọn thay thế cho việc sử dụng prebiotics là sử dụng men tiêu hóa hoặc sản phẩm probiotics (lợi khuẩn). Tuy nhiên, những lo ngại về tính an toàn của men tiêu hóa đặc biệt là tình trạng ức chế sản xuất enzym của các lợi khuẩn nội sinh nếu dùng một thời gian dài sẽ dẫn đến lệ thuộc vào men tiêu hóa. Nên các chuyên gia khuyến cáo ưu tiên bổ sung lợi khuẩn probiotics có kết hợp với prebiotics cho cơ thể.
Prebiotics tương đối an toàn với cơ thể do không gây nên tác dụng phụ nghiêm trọng nên có thể được bổ sung trên nhiều đối tượng như phụ nữ có thai, trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ.
Kết luận
Prebiotics có nhiều vai trò quan trọng với cơ thể và tương đối an toàn do vậy được khuyến khích để bổ sung cho cơ thể. Có thể phối hợp với việc bổ sung cả chủng lợi khuẩn probiotics để tăng cường hệ tiêu hóa và miễn dịch cho cơ thể. Việc bổ sung này nên thực hiện cho mọi thành viên trong gia đình đặc biệt trẻ sơ sinh, trẻ nhỏ, phụ nữ có thai đang bổ sung sắt,…Bên cạnh đó, một chế độ ăn giàu rau xanh và hoa quả có thể là một nguồn chất xơ và prebiotics tiềm năng mà bạn không nên bỏ qua.
>>Xem thêm: Probiotics là gì và ứng dụng với sức khoẻ
Mọi chi tiết thắc mắc xin liên hệ HOTLINE 1900 9482 hoặc 09 6762 9482
===============================================================
Tài liệu tham khảo
