Tổng quan về sự khác biệt giữa các chất phụ gia thức ăn vi sinh và probiotics cho thực phẩm (Phần 1)

Phần 1:

Trong nhiều năm, các chất phụ gia vi sinh đã được sử dụng để bổ sung vào chế độ ăn của động vật nuôi và con người. Kể từ những năm 1990, chúng đã phát triển thành probiotics, tức là thực phẩm chức năng có lợi cho sức khỏe. Sau khi phát hiện ra mối liên hệ có thể có giữa việc điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột ở chuột và béo phì, việc sử dụng các vi sinh vật có lợi này trong chăn nuôi đã được tập trung nghiên cứu và so sánh với việc sử dụng probiotics cho thực phẩm. Các vi sinh vật có lợi được thêm vào thức ăn được phân loại ở mức quy định là phụ gia zootechnical, thuộc danh mục chất ổn định hệ vi sinh vật đường ruột cho động vật khỏe mạnh và được quy định đến mức chủng ở châu Âu. Các tác dụng dự định là cải thiện các đặc điểm hiệu suất, phụ thuộc vào chủng và tăng trưởng không phải là điều kiện tiên quyết. Thực tế, việc tăng trọng lượng cơ thể không thường được báo cáo và tần suất của nó khoảng 25% trong các dữ liệu đã được công bố ở đây. Tuy nhiên, khi có sự tăng trọng lượng cơ thể (BWG) được tìm thấy trong tài liệu, nó thường ở mức độ vừa phải (dưới hoặc gần 10%) và điều này xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn của cuộc sống công nghiệp của chúng. Khi nó cao hơn 10%, có thể được giải thích là hậu quả gián tiếp của việc giảm thiểu mất trọng lượng liên quan đến điều kiện nuôi căng thẳng hoặc thiếu hụt sức khỏe. Tuy nhiên, các quy định về thức ăn không xem xét các tác dụng sức khỏe vì động vật được cho là khỏe mạnh, do đó không có yêu cầu báo cáo các tác dụng sức khỏe trong hồ sơ tiêu chuẩn châu Âu. Các quy định về việc thêm các vi sinh vật có lợi vào thực phẩm ít nghiêm ngặt hơn so với thức ăn và không yêu cầu hồ sơ nếu một loài có trạng thái An toàn Được Giả Định (Qualified Presumption of Safety). Chủng vi sinh vật được tiếp thị không phải tuân theo bất kỳ quy định nào và các đặc tính của nó (bao gồm cả BWG) không cần phải được nghiên cứu. Chỉ các tuyên bố về tính năng hoặc sức khỏe mới được quy định và một lần nữa tác dụng tăng trưởng không được bao gồm. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây về tác dụng của probiotics cho thấy BWG cũng có thể được quan sát ở người, hoặc không, tùy thuộc vào loài và chủng. Việc xác định ý nghĩa của kết quả động vật nuôi để ngoại suy sang con người, đặc biệt là về cải thiện trọng lượng cơ thể, không dễ dàng vì chúng không sử dụng cùng một chủng vi sinh vật hoặc luôn luôn cùng một loài. Hơn nữa, khung quản lý các vi sinh vật được thêm vào thức ăn hoặc thực phẩm khác nhau, đặc biệt là về mục tiêu, thời gian và lối sống. Vì vậy, không ai có thể loại trừ khả năng các vi sinh vật có lợi có tác dụng probiotics có thể có tác dụng lâu dài ở người mà hiện tại không thể thấy ở động vật, nơi sử dụng ngắn hạn là quy tắc. Một mối liên hệ có thể với béo phì không thể bị loại trừ liên quan đến thời gian, loài và đặc điểm chủng. Kết luận, các vi sinh vật có lợi được thêm vào thức ăn là các yếu tố quan trọng được quy định nghiêm ngặt để cải thiện ngắn hạn các hiệu suất zootechnical ở động vật và việc sử dụng chúng không hoàn toàn song song với probiotics ở người. Vì vậy, việc ngoại suy kết quả động vật nuôi sang con người là thiên lệch và không đủ để kết luận về sự tồn tại hay không của mối liên hệ giữa probiotics và béo phì. Từ quan điểm độc học và dinh dưỡng và xem xét các phát hiện gần đây về mối liên hệ giữa việc sử dụng kháng sinh trong giai đoạn đầu đời và nguy cơ quá mức trở nên thừa cân, một đề xuất là nghiên cứu dân số có nguy cơ ở châu Âu, phụ nữ mang thai và con của họ trước và sau khi sinh và trong thời thơ ấu, trong một cuộc khảo sát đoàn hệ dài hạn về dịch tễ học.”

Trình bày và So sánh việc sử dụng Probiotics trong chuỗi Thức ăn/Thực phẩm

Probiotics được định nghĩa là “Các vi sinh vật sống khi được sử dụng với lượng vừa đủ sẽ mang lại lợi ích cho sức khỏe của vật chủ” [1]. Chúng bao gồm một loạt các vi sinh vật sống với các tác dụng tích cực giả định lên hệ vi sinh vật đường ruột và sản xuất ra nhiều chất (đã được định nghĩa hoặc chưa) hỗ trợ nhiều tác dụng khác nhau mà hiện tại vẫn chưa được chứng minh. Ví dụ, nhiều tuyên bố về sức khỏe cụ thể do các đối tác công nghiệp đề xuất cho probiotics thực phẩm gần đây đã không được Ủy ban Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu xác nhận do thiếu bằng chứng khoa học hoặc lâm sàng [2]. Đến nay, probiotics được phân loại vào danh mục sản phẩm chức năng [3] và được coi là vi sinh vật có lợi [4]. Tuy nhiên, các văn bản quy định không đề cập đến từ “probiotic” ở bất kỳ đâu, mà chỉ đề cập đến vi sinh vật có lợi mà không có chi tiết nào khác. Tình huống này khác với kháng sinh, cũng tác động lên hệ vi sinh vật đường ruột và được sử dụng trong chăn nuôi. Kháng sinh là các chất hóa học ổn định, có tính đặc hiệu rõ ràng, và được công nhận và gọi là chất kích thích tăng trưởng trong các văn bản quy định cho đến khi quy định (EC) 1831/2003 [5] được ban hành, trong đó chúng bị cấm.

Các vi sinh vật có lợi là phụ gia thức ăn ở Châu Âu [6] và được gọi là Vi sinh vật cho ăn trực tiếp ở các khu vực khác trên thế giới. Trong chăn nuôi, chúng ban đầu được sử dụng vào thế kỷ 20 để giảm sự xâm nhập của Salmonella trong ruột gà, tăng hiệu quả sử dụng thức ăn và giảm tiêu chảy ở lợn, và tăng sản lượng sữa và giảm tiêu chảy ở bò. Các tác dụng có lợi của chúng bổ sung cho các kháng sinh được sử dụng đồng thời như các chất kích thích tăng trưởng ở liều thấp trong khẩu phần ăn của động vật [7]. Tác dụng kích thích tăng trưởng quan sát được với kháng sinh được cho là liên quan đến sự ổn định của sức khỏe đường ruột [7] và đó là bằng chứng cho thấy việc điều chỉnh hệ vi sinh vật của động vật thông qua chế độ ăn uống là hiệu quả trong việc tăng năng suất của động vật. Vì vậy, khi kháng sinh bị cấm khỏi thị trường thức ăn vào năm 2006 [8], sự quan tâm đến các vi sinh vật có lợi có tác dụng tương tự tiềm năng đã tăng lên và quy định của chúng được cập nhật vào năm 2003 [5, 9].

Trong thực phẩm cho con người, các vi sinh vật có lợi chủ yếu có mặt trong các sản phẩm lên men [10] hoặc như các thành phần hoặc chất hỗ trợ chế biến và được biết đến với lịch sử sử dụng lâu dài, đặc biệt là thông qua việc sử dụng các sản phẩm sữa lên men [6]. Việc sử dụng probiotics như các thành phần hoặc thực phẩm chức năng mang lại lợi ích sức khỏe đã thu hút sự chú ý của khoa học từ những năm 1980, đầu tiên ở Nhật Bản sau đó ở Châu Âu, và đã phát triển mạnh mẽ từ năm 2000 [4]. Tuy nhiên, một giả thuyết gần đây cho rằng việc tiêu thụ vi sinh vật một cách rộng rãi và không có kế hoạch có thể thúc đẩy béo phì ở con người bằng cách thay đổi cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột [11, 12]. Điều này vẫn còn gây tranh cãi và các chuyên gia về probiotics đã phản ứng nhanh chóng với thông tin này [13, 14], đặc biệt là Hiệp hội Khoa học Quốc tế về Probiotics và Prebiotics, được thành lập vào năm 2000 [15]. Tuy nhiên, việc phát hiện ra mối liên hệ giữa việc điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột và béo phì, như đã được chứng minh ở chuột đối với một số loài vi khuẩn nhất định [16], làm tăng độ tin cậy cho giả thuyết này [17]. Trong bài đánh giá theo chủ đề hiện tại, chúng tôi nhấn mạnh một số khác biệt quan trọng giữa các chất phụ gia thức ăn vi sinh và probiotics cho thực phẩm, xem xét các yêu cầu về loài và chủng vi sinh vật từ các quy định hiện hành và tài liệu chính liên quan đến các tác dụng ở động vật nuôi hoặc con người, đặc biệt là tăng trọng lượng cơ thể và các đặc tính sức khỏe. Một đánh giá về ý nghĩa của việc ngoại suy dữ liệu từ các nghiên cứu trên động vật sang con người được trình bày.

So sánh các yêu cầu về loài và chủng vi sinh vật trong thức ăn/thực phẩm

Cả vi khuẩn và nấm men đều được sử dụng làm chất phụ gia thức ăn vi sinh. Khoảng 20 chất phụ gia thức ăn vi sinh được ủy quyền ở Liên minh Châu Âu [9]. Tùy thuộc vào loài động vật, động vật nhai lại, lợn hoặc gia cầm, các vi sinh vật cụ thể được ưa chuộng, ví dụ như nấm men (đặc biệt là Saccharomyces cerevisiae) đóng vai trò chính ở động vật nhai lại, trong khi Bacillus spp., Enterococcus spp. và Lactobacillus spp. có khả năng hiệu quả hơn ở lợn và gia cầm [18, 19]. Các chủng khác nhau thuộc cùng một loài có các đặc tính khác nhau và do đó các tác dụng/lợi ích có thể khác nhau từ chủng này sang chủng khác trong cùng một loài [20].

Theo quy định 1831/2003/EC [5], có hiệu lực tại thời điểm viết, các vi sinh vật được ủy quyền là “phụ gia zootechnical” cho thức ăn. Một phụ gia zootechnical là “bất kỳ phụ gia nào được sử dụng để ảnh hưởng tích cực đến hiệu suất của động vật khỏe mạnh hoặc ảnh hưởng tích cực đến môi trường”. Nhóm này bao gồm, trong số những thứ khác, các chất ổn định hệ vi sinh vật đường ruột, một danh mục bao gồm các vi sinh vật. Các đơn xin phê duyệt phải tuân theo các hướng dẫn để thiết lập một hồ sơ liên quan [21]. Phê duyệt được cấp cho một chủng hoặc một hỗn hợp mà cần có đặc điểm phân tử và nhận dạng ở mức loài và chủng. Hiệu suất zootechnical cho ít nhất một đặc điểm phải được chứng minh để có được sự ủy quyền cho một loài động vật mục tiêu cụ thể và cụ thể hơn cho một danh mục tuổi của loài này (ví dụ: lợn con cai sữa, lợn con sau cai sữa, lợn vỗ béo và lợn nái) nhưng tăng trưởng không phải là điều kiện tiên quyết (danh mục “Chất tăng trưởng” đã bị xóa trong quy định EEC 1831/2003 [5]). Thực tế, các phụ gia này “phải ảnh hưởng tích cực đến sản xuất động vật, hiệu suất hoặc phúc lợi bằng cách ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột hoặc khả năng tiêu hóa của thức ăn” như được trích dẫn trong điều 5(3) của quy định 1831/2003/EC [5]. Các đặc điểm hiệu suất bao gồm hiệu quả sử dụng thức ăn thông qua cải thiện tỷ lệ chuyển đổi thức ăn, tăng trọng lượng cơ thể trung bình hàng ngày thông qua cải thiện tăng trọng lượng cơ thể (BWG), sản xuất sữa hoặc trứng, thành phần thân thịt hoặc hiệu suất đàn [22]. Một hồ sơ khoa học cho quy trình phê duyệt là cần thiết cho mỗi sản phẩm được tiếp thị.

"Để đưa vi sinh vật vào thị trường thức ăn hoặc cải thiện hiệu quả của chúng, nhiều nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc lựa chọn và các đặc tính của một chủng phù hợp. Điều quan trọng (nhưng không bắt buộc đối với hồ sơ châu Âu) là hiểu cơ chế hoạt động của probiotics trong ruột. Điều này làm cho việc đạt được mức độ kiểm soát tốt hơn và xác định liều lượng phù hợp cho một mục tiêu cụ thể trở nên khả thi. Đối với việc lựa chọn các chủng, các tiêu chí cơ bản in vitro, liên quan đến nhận dạng, đếm số lượng [23, 24], an toàn, khả năng sống sót và định cư trong ruột, cũng như các tiêu chí khác liên quan đến quy trình công nghệ và probiosis, là cần thiết [25]. Đáng chú ý là nói chung chỉ có một vài chủng có hồ sơ cơ bản đúng [26] và chỉ 1‰ trở thành chủng có thể tiếp thị. Điều này cải thiện sự tích lũy kiến thức và củng cố chất lượng và khả năng truy xuất nguồn gốc của các vi sinh vật có lợi đó và khả năng tái tạo giả định của một tác dụng nhất định ở mức chủng cùng với việc quản lý liều lượng phù hợp. Tuy nhiên, mặc dù tất cả các biện pháp phòng ngừa chính xác này, kết quả của việc bổ sung probiotics vẫn phụ thuộc vào nhiều thông số đã biết và chưa biết: liều lượng, khả năng tương thích với các phụ gia khác có trong chế độ ăn, loại thức ăn, công nghệ được sử dụng để chế biến thức ăn (ép viên hoặc không), loại động vật mục tiêu, chất lượng vệ sinh trong đàn và môi trường [27].

Các quy định về việc thêm các vi sinh vật có lợi với tác dụng probiotics vào thực phẩm ít nghiêm ngặt hơn so với thức ăn; chỉ cần thuộc về một loài có lịch sử sử dụng an toàn đã được biết đến với trạng thái An toàn Được Giả Định là đủ và không cần hồ sơ. Hơn nữa, không có quy định ở mức chủng đối với probiotics cho con người được sử dụng làm thành phần. Trong một loài có trạng thái An toàn Được Giả Định, nhiều chủng khác nhau có thể được sử dụng bất kể các đặc điểm hình thái và di truyền của chúng mặc dù các biến thể gen quan trọng trong loài đã được xác định, ví dụ như đối với lactobacilli (Lactobacillus acidophilus [28], Lactobacillus casei [29], Lactobacillus plantarum [30], Lactobacillus salivarius [31]). Những đa dạng đặc thù của chủng gen này có thể cung cấp các khác biệt hình thái quan trọng liên quan đến một loạt các tác dụng từ tiêu cực [32] đến tích cực [20]. Những đặc thù trong loài này được minh họa bằng các ví dụ sau: tính kết dính và khả năng liên kết với chất nhầy trong các chủng Lactobacillus reuteri [33]; cơ chế bảo vệ chức năng hàng rào xuyên biểu mô trong các chủng L. salivarius (sản xuất bacteriocin và hydrogen peroxide) [34]; và sản xuất enzym như hoạt động của α-glucosidase trong vi khuẩn lactic acid, một đặc điểm được coi là tiêu cực đối với người mắc bệnh tiểu đường và béo phì [35]. Vì vậy, kiến thức về các đặc tính đặc thù của chủng còn thiếu trong việc sử dụng thực phẩm và đây là điểm quan trọng chính cho việc sử dụng có mục tiêu. Điều này giải thích cho những thất bại gần đây trong việc xác nhận các tuyên bố sức khỏe cụ thể do các đối tác công nghiệp đề xuất cho các probiotics thực phẩm này bởi Ủy ban Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu do thiếu bằng chứng khoa học hoặc lâm sàng [2, 20]."

So sánh Sự Xuất Hiện của Tăng Trọng Lượng Cơ Thể (BWG) ở Động Vật và Con Người

Do sự gia tăng sản xuất chăn nuôi, các phương pháp nuôi gia súc hiện đại (tức là sản xuất công nghiệp quy mô lớn) đã tạo ra nhiều căng thẳng cho động vật, đặc biệt là căng thẳng về mật độ. Kết quả là, các bệnh tiêu hóa đã gia tăng và hiệu suất của động vật bị ảnh hưởng tiêu cực [18]. Các chất phụ gia vi sinh đã được sử dụng như các chất bổ sung chế độ ăn uống để chống lại những tổn thất hiệu suất này. Simon và cộng sự [36] đã tổng hợp dữ liệu từ các tài liệu được công bố từ năm 1973 đến năm 2000, nhận thấy rằng sự cải thiện BWG và tỷ lệ chuyển đổi thức ăn là hiếm trong giai đoạn này với các chất bổ sung như vậy. Hiệu quả của các chất phụ gia vi sinh này cũng có thể được suy ra từ đánh giá của Bernardeau và cộng sự [4]: từ 46 thử nghiệm động vật được công bố nơi các chủng Lactobacillus được sử dụng, chỉ có mười thử nghiệm cho thấy BWG đáng kể. Trong một đánh giá khác [6] nơi các loài và chủng probiotics khác nhau được thử nghiệm trong các thử nghiệm động vật khác nhau, tám trong số 33 thử nghiệm được tham chiếu trình bày BWG đáng kể. Các dữ liệu khác cho kết quả tương tự [37]. Vì vậy, việc tăng trọng lượng cơ thể không thường được báo cáo và tần suất của nó khoảng 25% trong các dữ liệu đã được công bố ở đây. Tuy nhiên, khi BWG được tìm thấy trong tài liệu (Bảng 1), nó thường thấp hơn hoặc gần 10% (Bảng 1) như đã được báo cáo trước đây [38, 39]. Gần đây [40], BWG được cho là phụ thuộc vào loài và một số loài có tác dụng không đáng kể lên trọng lượng hoặc giảm trọng lượng; tuy nhiên, một số loài có thể cải thiện tăng trọng lượng hơn 10%, đặc biệt là Lactobacillus ingluviei ở gà và vịt [41], và hơn 20% ở cá hoặc tôm (Bảng 1) trong một khoảng thời gian ngắn của vòng đời công nghiệp của chúng như được định nghĩa trong các hướng dẫn quy định [42]. BWG này chủ yếu là sự tổng hợp protein dẫn đến hình thành thịt nạc hơn là tăng trọng lượng mỡ [14] và do đó tuân thủ các mục tiêu chính sách công và người tiêu dùng. Ví dụ, đã được chứng minh rằng các vi sinh vật có lợi được cho ăn cho lợn con cai sữa và lợn vỗ béo cung cấp tỷ lệ cao hơn đáng kể các thân thịt được phân loại trong hai hạng đầu của thang đo SEUROP (S, vượt trội, và E, xuất sắc: thịt nạc >55%) mang lại lợi ích bổ sung cho người nông dân [43]. Cơ chế hoạt động của các vi sinh vật có lợi vẫn còn là giả thuyết (Bảng 1) và đã được đánh giá ở động vật [44].

Bảng 1. Các ví dụ gần đây về vi sinh vật có lợi được sử dụng trong chăn nuôi và có tác dụng thúc đẩy tăng trưởng

Table

Tác động Sức khỏe và Mối liên hệ với Tăng Trọng lượng Cơ thể ở Động vật và Con người

Nhiều nghiên cứu (Bảng 1) đã nhấn mạnh giá trị sức khỏe của lactobacilli ở lợn, gia cầm, bò, cá và các động vật khác [4]. Những lợi ích này có thể là kết quả của các chất chuyển hóa hoạt động được tổng hợp bởi các vi sinh vật probiotics, chẳng hạn như axit hữu cơ, hydrogen peroxide, bacteriocins hoặc các chất giống bacteriocin và các thành phần của thành tế bào, và ngụ ý các đặc tính phụ trợ chung của chúng liên quan đến miễn dịch [47]. Việc bổ sung probiotics được khuyến nghị để điều trị hoặc phòng ngừa một loạt các tình trạng căng thẳng và bệnh tật ở một số loài được nuôi dưỡng cường độ cao và mật độ cao [18]. Thực tế, các tác dụng tăng trưởng có khả năng xảy ra hơn trong các tình huống liên quan đến một loại căng thẳng nào đó, như được tìm thấy trên các trang trại thực tế hơn là trong các thử nghiệm tại trường đại học, giả định rằng các tác dụng sức khỏe và zootechnical có liên quan chặt chẽ [4]. Ở động vật, việc tiêu thụ một chế độ ăn bổ sung chứa các vi sinh vật được chọn lọc được trình bày dưới dạng probiotics có thể chống lại một số tác động tiêu cực của căng thẳng [48, 49] và dẫn đến BWG bù đắp. Ví dụ, ở chuột, đã được báo cáo rằng với chế độ ăn thông thường, không có sự khác biệt đáng kể giữa những con chuột nhận và không nhận bổ sung probiotics, trái ngược với những con chuột được cho ăn chế độ ăn dưới mức tối ưu (tức là có căng thẳng dinh dưỡng) mà BWG khoảng 30% với bổ sung probiotics, mặc dù giá trị dinh dưỡng của các vi sinh vật này là không đáng kể [50].

Việc sử dụng các nền văn hóa vi khuẩn sống trong ngành công nghiệp động vật, dù để cải thiện khả năng chống lại các mầm bệnh cụ thể hay để tăng cường sức khỏe động vật một cách không đặc hiệu, cải thiện các thông số sản xuất [51]. Cách tiếp cận sức khỏe này, mặc dù không được xem xét trong quy định (nhắm vào “động vật đã khỏe mạnh”, như đã chỉ ra ở trên), gợi nhớ đến những gì được mô tả cho probiotics thực phẩm mà chức năng liên quan đến lợi ích sức khỏe. Vì vậy, việc sửa đổi quy định về phụ gia thức ăn để bao gồm các tác dụng sức khỏe (như phụ gia Phúc lợi hoặc phụ gia Chất lượng sản phẩm) đã được đề xuất bởi Ủy ban FEEDAP [52] ở cấp độ châu Âu, nhưng cách tiếp cận này chưa thành công cho đến nay và một số trở ngại gần đây đã được xác định liên quan đến việc sử dụng probiotics trong thức ăn/thực phẩm [2]. Thực tế, các quy định về thức ăn không xem xét các tác dụng sức khỏe, ngay cả khi được hỗ trợ bởi kiến thức khoa học nhất quán chứng minh lợi ích sức khỏe (ngầm định việc sử dụng chúng), vì động vật được cho là khỏe mạnh, do đó các quy định như vậy không cần thiết cho một hồ sơ châu Âu.

Trong thực phẩm, chủng vi sinh vật được sử dụng không phải tuân theo bất kỳ quy định nào và do đó các đặc tính của nó (bao gồm cả BWG) không cần phải được nghiên cứu. Tuy nhiên, vì các mục đích sử dụng dự định là cho các tính năng hoặc sức khỏe chức năng, chỉ các tuyên bố probiotics được công nhận và quy định [53] và một lần nữa tác dụng lên trọng lượng cơ thể không được bao gồm. Ở con người, các bài báo gần đây đã thảo luận về giới hạn của các nghiên cứu hiện tại liên quan đến ý nghĩa của mối liên hệ giữa probiotics và tăng cân hoặc béo phì [54, 55, 56].

Nguồn trích dẫn:

Lược dịch từ bài viết của M. Bernardeau1 and J.-P. Vernoux2

1) DuPont Industrial Biosciences—Danisco Animal Nutrition, Marlborough, UK and

2) Unite de Recherche Aliments Bioprocedes Toxicologie EnvironnementsEA 4651, Universite de Caen Basse-Normandie, Caen, France