Vi khuẩn lactic là gì? Các công bố khoa học về Vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic là gì?

Vi khuẩn lactic (Lactic Acid Bacteria – LAB) là nhóm vi sinh vật có khả năng lên men carbohydrate, chủ yếu là các loại đường đơn và đôi, để sản sinh ra acid lactic như là sản phẩm chính. Đây là nhóm vi khuẩn Gram dương, không sinh bào tử, thường có dạng hình cầu (coccus) hoặc hình que (bacillus), sống trong môi trường kỵ khí hoặc vi hiếu khí. Vi khuẩn lactic tồn tại phổ biến trong môi trường tự nhiên, thực phẩm lên men và đường ruột của động vật.

Tên gọi của nhóm vi khuẩn này xuất phát từ đặc điểm chính: sản xuất acid lactic (CH3CH(OH)COOH) trong quá trình trao đổi chất. Nhờ đặc tính này, chúng góp phần quan trọng trong bảo quản thực phẩm, tạo hương vị, cải thiện cấu trúc thực phẩm và hỗ trợ sức khỏe con người. Các chi phổ biến thuộc nhóm này bao gồm Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus, Streptococcus, Enterococcus và Weissella.

Đặc điểm sinh học của vi khuẩn lactic

• Gram: Dương tính (Gram +), thành tế bào dày, không chứa lipopolysaccharide.
• Không sinh bào tử: Không tạo cấu trúc kháng nhiệt như một số vi khuẩn khác.
• Không di động: Hầu hết các chủng đều không có lông roi.
• Khả năng chịu acid tốt: Có thể phát triển trong môi trường pH thấp, nhờ sản phẩm chính là acid lactic.
• Điều kiện sinh trưởng tối ưu: Nhiệt độ 30–45°C, pH 5.5–6.5.
• Không có hệ thống hô hấp: Năng lượng thu được chủ yếu từ quá trình lên men.

Chi tiết thêm tại: NCBI – LAB General Features.

Phân loại vi khuẩn lactic theo quá trình lên men

Căn cứ vào con đường trao đổi chất chính và sản phẩm tạo thành, vi khuẩn lactic được phân thành hai nhóm lớn:

1. Vi khuẩn lactic đồng hình (homofermentative)

Sử dụng con đường Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) để chuyển hóa glucose thành acid lactic là sản phẩm duy nhất hoặc chiếm tỷ lệ lớn. Phản ứng tổng quát như sau:

$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2CH_3CH(OH)COOH$

Đặc điểm:

• Không tạo khí (CO₂).
• Tốc độ lên men nhanh, sinh nhiều acid lactic.
• Ví dụ: Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii.

2. Vi khuẩn lactic dị hình (heterofermentative)

Sử dụng con đường pentose phosphate để lên men đường, sản phẩm tạo thành gồm acid lactic, CO₂, và ethanol hoặc acid acetic:

$C_6H_{12}O_6 \rightarrow CH_3CH(OH)COOH + C_2H_5OH + CO_2$

Đặc điểm:

• Có sinh khí (CO₂).
• Tạo hương vị đặc trưng trong thực phẩm lên men.
• Ví dụ: Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis.

Ứng dụng của vi khuẩn lactic

1. Trong công nghiệp thực phẩm

• Sản xuất sữa chua: Sử dụng chủng Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus để lên men lactose tạo acid lactic, giúp đông tụ protein sữa.
• Chế biến phô mai: Góp phần hình thành cấu trúc, hương vị và độ chín của phô mai.
• Lên men rau củ: Dưa cải, kim chi, cà muối được lên men nhờ Leuconostoc và Lactobacillus plantarum.
• Chế biến xúc xích lên men: LAB giúp hạ pH, tạo hương và bảo quản.

Thêm thông tin tại: ScienceDirect – LAB in Food Processing

2. Trong lĩnh vực y học – probiotic

Vi khuẩn lactic là một trong những nhóm vi khuẩn probiotic quan trọng:

• Khôi phục hệ vi sinh đường ruột sau khi dùng kháng sinh.
• Hỗ trợ điều trị rối loạn tiêu hóa, hội chứng ruột kích thích (IBS).
• Tăng cường miễn dịch nhờ tăng cường sản xuất cytokine và kháng thể IgA.

Ví dụ: Lactobacillus rhamnosus GG có bằng chứng lâm sàng trong điều trị tiêu chảy và viêm ruột.

Tham khảo: NCBI – Clinical Effects of LAB

3. Trong chăn nuôi và thủy sản

• Dùng để lên men thức ăn ủ chua, tăng khả năng tiêu hóa và bảo quản thức ăn gia súc.
• Chế phẩm sinh học cho cá, tôm giúp cải thiện miễn dịch và giảm bệnh đường ruột.

4. Trong xử lý môi trường

• Ứng dụng trong công nghệ EM (Effective Microorganisms) để xử lý rác hữu cơ, nước thải.
• Giảm mùi hôi chuồng trại, cải thiện môi trường nuôi trồng.

Cơ chế hoạt động của vi khuẩn lactic

Hoạt động chính là quá trình lên men không hô hấp:

1. Đường glucose được chuyển hóa thông qua enzym hexokinase, aldolase và các enzym đặc hiệu thành pyruvate.
2. Pyruvate sau đó khử thành acid lactic thông qua lactate dehydrogenase.

Toàn bộ quá trình sinh năng lượng (ATP) diễn ra theo phương trình:

$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2CH_3CH(OH)COOH + 2ATP$

Chất chuyển hóa và khả năng kháng khuẩn

Vi khuẩn lactic ngoài acid lactic còn sinh ra các hợp chất có hoạt tính sinh học:

• Bacteriocin: Peptit kháng khuẩn tự nhiên, ví dụ: nisin, pediocin.
• Hydrogen peroxide (H₂O₂): Gây tổn thương màng tế bào của vi khuẩn gây hại.
• Acid acetic, diacetyl, reuterin: Gây ức chế vi sinh vật không mong muốn.

Điều này giúp LAB trở thành tác nhân bảo quản sinh học an toàn trong thực phẩm.

An toàn và tiêu chuẩn sử dụng

Hầu hết LAB được công nhận an toàn theo chuẩn GRAS (Hoa Kỳ) và QPS (Châu Âu). Tuy nhiên, trong y học và chế phẩm probiotic, việc sử dụng cần đảm bảo:

• Chủng vi khuẩn đã được định danh rõ ràng bằng kỹ thuật gen.
• Được chứng minh hiệu quả lâm sàng.
• Liều lượng tối thiểu đạt $10^6 - 10^9\ CFU$ mỗi khẩu phần.

Hạn chế và thách thức

• Dễ bị mất hoạt tính: Trong môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, pH thấp, áp suất).
• Khó bảo quản: Cần công nghệ vi bao (microencapsulation) để giữ vi khuẩn sống sót.
• Khả năng di truyền gen kháng kháng sinh: Một số chủng có thể mang plasmid gây rủi ro nếu không kiểm soát tốt.

Tiềm năng nghiên cứu và ứng dụng

Hiện nay, vi khuẩn lactic được nghiên cứu rộng rãi trong các lĩnh vực mới:

• Vaccine sinh học: LAB được biến đổi gen để biểu hiện kháng nguyên virus hoặc vi khuẩn.
• Liệu pháp gen: Sử dụng LAB làm vector chuyển gen vào cơ thể người qua đường tiêu hóa.
• Thực phẩm chức năng: Phát triển sản phẩm chứa LAB giúp kiểm soát cholesterol, giảm viêm ruột, ngừa dị ứng.

Kết luận

Vi khuẩn lactic là nhóm vi sinh vật có vai trò thiết yếu trong tự nhiên và ứng dụng công nghiệp. Từ thực phẩm, y học đến môi trường và công nghệ sinh học, LAB không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn nâng cao sức khỏe cộng đồng. Với tiềm năng nghiên cứu lớn, vi khuẩn lactic tiếp tục là đối tượng trọng tâm trong các giải pháp phát triển bền vững và thân thiện với môi trường.

Tài liệu tham khảo

• Wikipedia – Lactic Acid Bacteria
• Frontiers in Microbiology – LAB in Fermentation
• NCBI – LAB as Probiotics
• ScienceDirect – LAB Overview
• EFSA – Qualified Presumption of Safety