ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TỔNG QUAN TÀI LIỆU VI BAO PROBIOTICS

Trong các sản phẩm sữa lên men với sự có mặt của hệ vi khuẩn lactic chuyển hoá đường lactose thành acid lactic làm cho pH giảm xuống và kết quả là kìm hãm sự phát triển sự phát triển của

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PROBIOTICS

I.1 Lịch sử ra đời:

Probiotics có nghĩa là “ cho cuộc sống” ("for life") được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1908 bởi nhà nghiên cứu người Nga Eli Metchnikoff, khi ông nghiên cứu về vai trò của hệ vi sinh vật có lợi trong đường ruột, sau này hệ vi sinh vật đó được gọi là hệ probiotics Metchnikoff, vào thời điểm đó là giáo sư ở viện Pasteur Institute, đã đưa ra khái niệm cho rằng quá trình

ủ kết quả từ những hoạt động của hệ vi sinh vật gây thối có thể sản sinh ra những chất độc

trong đường ống tiêu hóa Sự phân hủy vi khuẩn như clostridia sinh ra các độc tố phenol,

indol, ammonia từ sự tiêu hóa của protein Theo như Metchnikoff những hợp chất này đại diện cho cái mà ông gọi là “ hiện tượng tự nhiễm độc trong đường ruột” , mang lại sự thay đổi vật lý liên quan đến tuổi già Trong các sản phẩm sữa lên men với sự có mặt của hệ vi khuẩn lactic chuyển hoá đường lactose thành acid lactic làm cho pH giảm xuống và kết quả là

kìm hãm sự phát triển sự phát triển của nhóm vi khuẩn clostridia [1]

Cũng vào thời điểm đó, Henry Tissiser, một bác sĩ khoa nhi người Pháp, đã quan sát trong phân những đứa trẻ bị tiêu chảy có một số lượng ít vi khuẩn là, hình Y, là những vi khuẩn

“bifid” ngược lại chiếm số lượng lớn trong những đứa trẻ khỏe mạnh Và ông cho rằng những con vi khhuẩn này có khả năng chống lại bệnh tiêu chảy giúp khôi phục hệ thống vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh

Năm 1917 một giáo sư người Đức Alfred Nissle, khi cô lập chuỗi Escherichia coli từ phân

của các binh sĩ trong chiến tranh thế giới thứ nhất người mà không bị nhiễm bệnh viêm ruột kết trong cơn bộc phát dữ dội của bệnh dịch do chiến tranh gây ra Vào thời kì đó chất kháng sinh vẫn chưa được phát minh, và Nissle thấy rằng trong cơ thể những chiến binh này có hệ vi khuẩn probiotics đã ngăn cản sự phát triển của bệnh do vi khuẩn đường ruột gây ra như

Salmonella và Shigella [1]

Thuật ngữ “probiotics” lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1953 bởi Kollath Trái ngược với antibiotics, probiotics được định nghĩa như là nhân tố chuyển hoá từ vi sinh vật mà kích thích sự phát triền của vi sinh vật khác Năm 1989 Roy Fuller đề nghị nên định nghĩa probiotics “là hệ vi sinh vật sống cung cấp cho thực phẩm mang lai những ảnh hương có lợi cho vật chủ bằng cách cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột” Định nghĩa của Fuller đã nhấn mạnh yêu cầu về khả năng sống sót của probiotics và giới thiệu đến khía cạnh ảnh hưởng tới

cơ thể vật chủ Và FAO đã đưa ra khái niệm tương tự [1]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.2 Khái niệm:

Theo FAO/WHO định nghĩa: probiotics là hệ vi sinh vật sống mà khi bổ sung vào cơ thể người hay động vật thông qua thực phẩm mang lại những hiệu quả có lợi cho hệ tiêu hóa của vật chủ bằng việc cân bằng hệ vi sinh vật trong đường ruột{1,3]

Hình 1.1 : Mối tương quan giữa hệ vi sinh vật trong đường ruột và sức khoẻcon ngừơi[2]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.3 Tác dụng của probiotics đối với cơ thể

Hình 1.2 : Các yếu tố ảnh hưởng tới chức năng của probiotics [19]

I.3.1 Kiểm soát sự phát triển sinh vật không mong muốn trong hệ tiêu hóa:

∗ Sinh các acid acetic, acid lactic, và các acid hữu cơ khác, làm giảm pH môi trường ảnh hưởng bất lợi đối với một số vi sinh vật nhạy cảm với tính acid

∗ Sinh các chất kháng sinh tự nhiên (Bacteriocin)

“ Bacteriocin là các peptide, polypeptide, protein hoặc là những chất ít mang cấu trúc gen của protein và được cấu tạo từ các amino acid, cũng có thể bao gồm các amino acid hiếm như lanthionine hay beta-methyllanthionine

“ Bacteriocin của các vi khuẩn lactic được chia làm 4 nhóm sau:

+ Nhóm 1 chứa lanthibiotic: đây là những peptide nhỏ và có khả năng chịu nhiệt,

chứa amino acid như lanthionine

+ Nhóm 2 chia thành 3 nhóm nhỏ trong đó nhóm 2a thường gặp nhất bao gồm các bacteriocin như pediocin có khả năng chống Listeria

+Nhóm 3 là những nhóm protein không bền nhiệt

+Nhóm 4 là phức hợp của protein, lipid và glucid

Tranh giành nơi cư trú, tranh giành chất dinh dưỡng, ngăn chặn sự bám chặt và phát triển của các vi sinh vật gây bênh

Tạo ra những cản trở không gian ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh [1,3]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.3.2 Tăng cường hệ thống miễn dịch:

Miễn dịch là trạng thái bảo vệ đặc biệt của cơ thể sống chống lại các yếu tố gây bệnh (các vi sinh vật, các độc tố của vi sinh vật, các phân tử lạ…) khi chúng xâm nhập vào cơ thể

Kháng thể là các globulin trong máu của động vật, có khả năng liên kết đặc hiệu với kháng nguyên đã kích thích sinh ra nó, hay còn gọi là kháng thể miễn dịch hoặc kháng thể đặc hiệu Kháng thể chủ yếu được tìm thấy trong huyết thanh

IgA được tổng hợp chủ yếu nhờ tế bào B trong niêm mạc ruột, đường hô hấp và thực hiên chức năng chống vi khuẩn trên bề mặt niêm mạc ruột

Các vi khuẩn có làm tăng hệ miễn dịch bằng cách:

¨ Tăng cường chức năng chống virus của hệ miễn dịch

¨ Tăng hoạt động của tế bào NK ( natural killer) nhằm diệt trực tiếp tế bào bị nhiễm khuẩn bằng cách tiết những chất độc để phân giải chúng hoặc bằng cách tiết IFN – gamma ( một loại cytokine)

¨ Tăng S-IgA, sinh cytokine, điều khiển đáp ứng miễn dịch tế bào

¨ Sinh nitric oxide NO, có vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền thông tin ở hệ thần kinh và đặc biệt có tác dụng làm thư giãn

¨ Tăng khả năng đề kháng chống lại một số quá trình tự miễn

¨ Giảm đáp ứng trung gian IgE (IgE-mediated responses)

¨ Gián tiếp chống lại hiện tượng radiation-included depression in white blood cells: đây là hiện tượng các tế bào bạch cầu bị ức chế và tiêu diệt khi chiếu xạ Hiện tượng này thường xảy ra trong khi điều trị bệnh ung thư bằng chiếu xạ [1,3]

I.3.3 Tăng khả năng tiêu hóa đường Lactose

Suốt quá trình lên men, vi khuẩn lactic sinh enzyme lactase thủy phân lactose thành

glucose và galactose

Các vi khuẩn đường ruột giúp chuyển hoá hầu hết lượng lactose không được hấp thu ở ruột non [1,3]

I.3.4 Hoạt tính kháng chất gây ung thư

Hoạt tính kháng chất gây ung thư hoặc các chất thay đổi về gen di truyền đã được trình bày trong một vài môi trường thường sử dụng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa (Goldin and Gorbach, 1984; Oda et al., 1983; Reddy et al., 1983; Shahani et al., 1983) Có một vài cuộc nghiên cứu về các sản phẩm có chứa hệ probiotics, mong muốn probiotics có thể tồn tại và phát triển tốt hơn, và một vài vi khuẩn không mong muốn tồn tại

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

các khối u (Reddy et al., 1983) Một số nhà nghiên cứu khác cho rằng việc dử dụng canh

trường lactobacilli giúp ngăn cản sự phát triển của ung thư ruột kết(Goldin and Gorbach, 1984) Một số chủng Lactobacilli sử dụng như là: Lb casei Lb acidophilus, Lb casei, and Lb delbrueckii subsp bulgaricus Hầu hết các chủng này đều có khả năng sinh ra các chất kháng ung thư Lb delbrueckii subsp Bulgaricus không thường được xem như là probiotics, hoạt tính

kháng ung thư liên quan đến bản chất sản phẩm sinh ra từ cơ thể sinh vật trong suốt công nghệ sản xuất yogurt khi chống lại sự sinh ra các trong cơ thể tiêu thụ yogurt

Sự phát triển và hoạt động của Lb.acidophilus and Lb casei trong đường tiêu hóa là rất

quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới việc ngăn chặn sự tạo thành khối u, tuy nhiên có lẽ ảnh hưởng gián tiếp là kìm hãm sự phát triển những vi khuẩn không mong muốn có khả năng sinh ra các chất gây ung thư trong ruột già (Goldin and Gorbach, 1984) [1,3]

I.3.5 Chống viêm nhiễm hệ thống niệu sinh dục – chống nấm Candida:

Bình thường việc viêm nhiễm đường sinh dục là do sự mất cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, do sử dụng thuốc kháng sinh, các chất khử trùng, hormones, và các yếu tố khác

Các vi khuẩn probiotic hiệu quả trong quá trình giành chỗ cư trú và ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh

Một số chủng thuộc Lactobacillus có khả năng ngăn chặn sự phát triển và bám chặt của nấm Candida albicans và các chủng Candida khác Việc sử dụng Lactobacillus giảm nguy

cơ nhiễm nấm trở lại, giảm nhiễm nấm âm đạo Ngoài ra một số chủng Lactobacillus GR-1 và RC-14 ngăn chặn sự nhiễm đường tiết niệu do Escheriachia coli gây ra.[1,3]

I.3.6 Giảm hàm lượng cholesterol

Vi khuẩn đường ruột chuyển cholesterol sang dạng khó hấp thu hơn (coprostanol) do đó làm cản trở việc hấp thu cholesterol vào hệ thống ruột

Theo các nhà nghiên cứu, các vi khuẩn probiotic khống chế làm cho cholesterol khó hấp thu được vào máu thông qua các cơ chế chủ yếu sau:

« Hấp thụ một lượng cholesterol có mặt trong hệ thống ruột

« Tăng chuyển hóa cholesterol thành chất khác và giảm sự hấp thu của chất này vào cơ thể

« Giảm sự hấp thu cholesterol của ruột và tăng sự bài tiết của phân

« Giới hạn sự biến đổi cholesterol thành acid mật cho gan dự trữ

Nếu hàm lượng chất béo cao trong các bữa ăn, gây ra sự tăng cholesterol, việc sử dụng bổ sung các vi khuẩn có lợi này là một phương pháp giúp cân bằng mức lipid và chất béo, giữ cho hệ thống tim mạch mạnh khỏe.[1,3]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.3.7 Tổng hợp một số vitamin:

Các vi khuẩn đường ruột có khả năng sinh nhiều vitamin khác nhau Việc hấp thu các vitamin trong đường ruột khá kém, do đó việc các vi khuẩn có khả năng sinh vitamin rất quan trọng Các vi khuẩn này sinh tất cả các loại vitamin B (folic acid, niacin, riboflavin, B12, B6, acid pantothenic) và vitamin K

Theo các nghiên cứu, L.Brevis có khả năng tổng hợp vitamin D và vitamin K; B.longum tổng hợp vitamin B; B.bifidum và L.acidophillus tổng hợp được các vitamin B như

niacin, folic acid, biotin, B6 và vitamin K.[1]

II Các chủng vi khuẩn sử dụng làm probiotics:

Hiện nay, các chủng vi khuẩn được sử dụng với vai trò là các probiotics chủ yếu thuộc

Lactobacillus và Bifidobacterium, ngoài ra còn cóEnterococus và Streptococus cũng được sử

dụng nhưng ít hơn Chủ yếu những vi khuẩn này nằm trong đường ruột

Một số chủng tiêu biểu bao gồm Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus rhamnosus, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum Bên cạnh đó nấm men Saccharomyces boulardii cũng được xem là probiotics[1]

Bảng1.1 : Các chủng vi khuẩn được sử dụng làm probiotics ở người[1]

Leuconostoc

mesenteroides Pediococus acidilactici

Sporolactobacillus

inulinus Streptococus thermophilus

Bacillus cereus Escherichia coli

Propionibacterium

freudenreichii Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces boulardii

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Bảng 1.2 : Một số vi khuẩn probiotics và ứng dụng của chúng đối với cơ thể[1]

Chủng vi sinh vật Tên thương mại Nhà sản xuất Aûnh hưởng trong cơ thể

Bifidobacterium

animalis DN 173 010 Activia Danone

Oån định ống dẫn tiêu hóa

da, ngăn chặn bệnh tiêu chảy ở trẻ em và khách du lịch

Kích thích hệ thống miễn dịch

Bifidobacterium longum

Aûnh hưởng khả năng chống lại bệnh dị ứng

Escherichia coli Nissle

Lactobacillus casei

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Lactobacillus casei F19 Cultura Arla Foods

Cải thiện khả năng tiêu hoá, kích thích hệ thống miễn dịch, giảm chất kháng sinh kết hợp với bệnh tiêu chảy, chuyển hoá chất béo trong

cơ thể, hạn chế tăng cân

Lactobacillus casei

Duy trì chức năng miễn dịch, ngăn ngừa chứng táo bón

Lactobacillus plantarum

NextFoods Probi IBS, used post-operative

Kích thích hệ miễn dịch, chống lại bệnh tiêu chảy

Lactobacillus

rhamnosus ATCC 53013

(discovered by Gorbach

& Goldin(=LGG))

Vifit and others Valio

Giảm bớt bệnh ngoài da, ngăn ngừa tiêu chảy ở trẻ

em

Lactobacillus

Kích thích hệ miễn dịch để tăng cường khả năng tiêu hoá Giảm thiểu những kháng sinh liên quan đến bệnh tiêu chảy

Chr Hansen

Thức ăn vào trong cơ thể dẫn đến ngăn ngừa bệnh viêm đạo

Ngăn ngừa bệnh tiêu chảy ở trẻ em, hạn chế rối loạn tiêu hoá hoạt tính chống Helicobacter pylori

II.1: Chủng Lactobacillus:

Hình 1.3 : Cấu tạo của Lactobacillus [1]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Bảng 1.3 : Khoá phân loại chủng Lavtobacillus[1]

Khoá phân loại

Hầu hết vi khuẩn lactic đều thuộc họ Lactobacillaceae và được xếp vào 4 chi :

Streptococcus, Pediococcus, Lactobacillus và Leuconostoc

Đặc điểm chung:

fl Về mặt hình thái, vi khuẩn lactic có dạng lưỡng cầu, tứ cầu, liên cầu, và dạng que, đứng đơn độc hoặc thành chuỗi

fl Khả năng sinh tổng hợp của vi khuẩn lactic thuộc dạng yếu

fl Vi khuẩn lactic là những vi sinh vật có yêu cầu dinh dưỡng cao Để sinh trưởng bình thường, không chỉ cần có nguồn carbon, phải cần có nguồn Nito dưới dạng các acid amin, vitamin và một số chất khoáng và chất sinh trưởng

Vai trò:

« Sinh ra acid lactic, tạo nhiều chất chống lại vi khuẩn khác như acid hữu cơ, diacetyl, hydrogen peroxide và các bacteriocin nên ngăn chặn được sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh

II.1.1 Loài Lactobacilli

Lactobacilli sống chủ yếu ở ruột non với khoảng 102-105 cfu/ml ruột hồi, và ít hơn với 1% trong ruột kết

Đến nay người ta đã tìm thấy 56 loài thuộc giống Lactobacillus Lactobacilli được sử dụng giống như các probiotics bao gồm L Bulgaricus, L Casei, L Cellobiosus

Cơ chế tác động:

' Sinh ra acid lactic, hydrogen peroxide, một số chất giống bacteriocin ngăn chặn sự phát triển của một số vi khuẩn và nấm

' Sinh ra các biosurfactant có thể bảo vệ chống một số vi khuẩn bám vào biểu mô Lactobacilli còn điều chỉnh các tế bào miễn dịch không đặc hiệu và các dịch miễn dịch bằng cách kích thích hoạt động của lympho bào, các đại thực bào và giảm cytokine [1]

II.1.2 Lactobacillus acidophillus

Thường có mặt ở ruột non và giúp giữ cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, được xem như là một chất kháng sinh tự nhiên chống các vi sinh vật có hại

Lên men cellobiose, galactose, lactose, maltose và sucrose Không lên men được mannitol, melezitose, rhamnose, sorbitol, và xyloseo

Giúp cho việc sinh ra hay hấp thu vitamin B (folic acid, niacin), giúp giảm cholesterol trong máu và giải được một số độc tố

Nguồn cung cấp: sữa chua, có giá trị lâu dài trong việc chữa bệnh cũng như có những giá trị dinh dưỡng cần thiết

Tác dụng chính của Lactobacillus acidophillus:

o Sinh ra một số chất kháng sinh mạnh trong ruột bao gồm acidophilin, acidolin,lactocidin và bacteriocin giúp ngăn chặn khả năng sinh trưởng của một số loài vi sinh

vật gây bệnh như campylobacter, listeria và staphylococci

o Sinh enzyme lactase giúp phân giải đường sữa

o Làm giảm sự phát triển của các u bướu, có khả năng trung hòa hiệu quả và ngăn chặn các chất gây ung thư

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

II.1.3 Lactobacillus rhamnosus:

Lactobacillus rhamnosus đặc biệt liên quan đến sự phòng ngừa hay giảm bớt những rối

loạn đường ruột như tính không dung nạp được đường lactose, bệnh tiêu chảy do virus hay vi khuẩn gây ra, táo bón, viêm đường ruột, dị ứng thức ăn

Ngoài ra, Lactobacillus rhamnosus tăng cường hoạt động của hệ miễn dịch

Tăng bạch huyết cầu lên 3 lần so với bình thường

Sụ lưu thông của các chất kháng sinh cũng tăng lên 6 – 8 lần

Tăng mức globulin miễn dịch và hoạt hóa trực tiếp các đại thực bào.[1,3]

II.1.4 Lactobacillus casei

Vai trò:

† Tiết “peptidoglucan” kích thích sự thực bào bằng các tế bào thực bào Thành tế bào

của Lactobacillus casei có chứa “ teichonic acid” có vai trò quan trong trong khả năng bám

chặt của vi khuẩn này vào các tế bào biểu mô

† Có khả năng làm tăng số lượng tế bào sinh IgA đóng vai trò quan trọng trong việc tạo đáp ứng miễn dịch của màng nhầy

Nguồn cung cấp: các sản phẩm từ sữa

Tác dụng

“ Chúng có khả năng chống vi khuẩn listeria hiệu quả hơn các loài vi khuẩn khác

“ L casei làm tăng mức lưu thông IgA ở trẻ bị nhiễm rotavirus, do đó giúp giảm bệnh tiêu chảy do rotavirus gây nên.[1,3]

II.1.5 Lactobacillus plantarum:

Tính chất đặc trưng duy nhất của Lactobacillus plantarum là khả năng dị hóa arginine, và sinh ra nitric oxide Lactobacillus plantarum không có khả năng phân giải amino acid nào

ngoại trừ tyrosine và arginine, và có đến 6 con đường khác nhau chuyển hóa arginine, và đều

sinh ra nitric oxide Việc sinh ra NO giúp ngăn chặn các vi sinh vật gây bệnh như Candida abicans, E.coli, Shigella, Helicobacter pylory, các amip và kí sinh trùng

− Lactobacillus plantarum có khả năng giúp tiêu hóa các chất xơ có trong củ hành, tỏi,

lúa mì, trứng, lúa mạch đen, và trong men bia Do đó chúng giúp đỡ những vấn đề tiêu hóa như đầy hơi

II.1.6 Lactobacillus Bulgaricus:

Vi khuẩn này khác với các probiotic khác ở chỗ chúng không có khả năng bám chặt vào thành ruột và không cư trú lâu được trong đó

∗ Lactobacillus Bulgaricus được sử dụng ở các bệnh nhân sau điều trị trong thời gian

dài bằng thuốc kháng sinh giúp khôi phục hệ vi sinh vật có lợi [1,3]

II.2 Chủng Bifidobacterium

Hình 1.4 : Cấu tạo Bifidobacterium[1]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Bảng 1.4 : Khoá phân loại chủng Bifidobacterium[1]

Khóa phân loại

được nuôi bằng sữa mẹ Số lượng của chúng trong ruột kết khá ổn dịnh cho đến khi về già thì số lượng giảm đi

Một số tính chất chung của các loài thuộc Bifidobacteria:

“ Gram dương, kị khí, không chuyển động, không sinh bào tử, catalase âm

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

“ Sinh acid lactic, không tạo CO2 trừ quá trình phân giải gluconate

Cho đến nay đã có 30 loài thuộc Bifidobacteria được phân lập Bifidobacteria được sử dụng như các probiotic gồm Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium thermophilus, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum …

II.2.1 Bifidobacterium bifidium

B bifidum là vi khuẩn chiếm đa số ở ruột già người

Bảo vệ cơ thể chống sự phá hoại của rotavirus gây tiêu chảy, và điều chỉnh lại hệ vi sinh vật đường ruột

Tăng miễn dịch cơ thể, đặc biệt liên quan đến sức khoẻ đường ruột, ngăn chặn ung thư, không gây hiệu ứng phụ

Chống các viêm loét, bảo vệ cơ thể chống lại các vi sinh vật gây bệnh như Samonella, hạn chế hoạt động của E.coli

Giảm đáng kể lượng nội độc tố trong ruột tạo thành từ các thành tế bào của các xác vi khuẩn.[1]

II.2.2 Bifidobacterium longum:

v Giảm lượng nitrate sinh ra trong quá trình tiêu hóa thức ăn

v Ngăn chăn hoạt động của các vero cytotoxin sinh ra bởi một số chủng thuộc E.coli,

gây bệnh viêm, xuất huyết đường ruột do có khả năng sinh ra các hợp chất kết hợp với các vero cytotoxin

v Ngoài ra, Bifidobacterium longum còn hiệu quả trong việc bảo vệ cơ thể chống lại sự nhiễm Samonella typhimurium

II.2.3 Bifidobacterium infantis:

Bifidobacterium infantis là vi khuẩn chiếm ưu thế nổi bật ở ruột già trẻ em

Khả năng chống lại các vi khuẩn gây bệnh như một số chủng của E.coli, Singella với

nhiều cơ chế khác nhau, bảo vệ ruột tránh các triệu chứng viêm đường ruột và dạ dày

Giảm đáng kể sự phát triển của Bacteroide và ngăn chặn bệnh viêm đường ruột do các

bacteroide gây ra

Ngoài ra Bifidobacterium infantis cũng được sử dụng để điều trị các hội chứng kích

thích đường ruột IBS (Irritable Bowel Syndrome) và tiêu chảy

II.3 Các chủng vi khuẩn lactic khác

II.3.1 Lactococcus lactic

Lactococcus lactis sống ở nhiệt độ 37oC, có khả năng lên men đường glucose, lactose, galactose, maltose, dextrin

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Nguồn cung cấp: sữa và một số sản phẩm từ sữa, các sản phẩm lên men, trong ruột của cá và một số côn trùng

Lactococcus lactis được sử dụng nhiều để làm sữa chua, cho độ acid 1-1.25%

Chúng sinh ra một số chất kháng sinh như nisin gây ra sự ức chế đối với một số vi khuẩn gram dương.[1]

II.3.2 Streptococcus thermophilus:

Streptococcus thermophilus được tìm thấy trong sữa và các sản phẩm từ sữa Nó là một probiotic dùng trong sản xuất sữa chua

Có khả năng giúp đỡ việc hồi phục lại việc hấp thu kém bằng cách sinh ra enzyme lactase dễ dàng cho việc tiêu hóa các lactose trong sữa

Streptococcus thermophilus có hoạt tính oxy mạnh, bảo vệ cơ thể thoát khỏi các gốc tự

do nguy hiểm

S thermophilus còn có thể hoạt động như một số chất chống ung thư, đặc biệt chống lại các tế bào gây ung thư đường ruột, điều trị tiêu chảy, cũng như sự viêm nhiễm đường ruột hay viêm nhiễm âm đạo

II.4 Các loài vi sinh vật khác

II.4.1 Enterococcus faecium:

Enterococcus faecium là loại cầu khuẩn, kị khí tùy tiện, gram dương thuộc họ

Giảm tính nhạy cảm với hầu hết thuốc kháng sinh nói chung

II.4.2 Bacillus subtilis

Một số chủng được làm thuốc kháng sinh, một số làm thuốc trừ sâu

B.subtilis là một trong số vi sinh vật quan trọng nhất trong việc kích thích hệ thống

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Ứng dụng: sản xuất các men tiêu hóa sinh học

II.4.3 Escherichia coli ( E.coli):

E.coli được tìm thấy ở mọi nơi, trong cả cơ thể con người Các chủng thuộc E.coli

thường không có hại, tuy nhiên một số chủng gây bệnh tiêu chảy và có thể gây chết người

Sự có mặt của chúng trong ruột người là cần thiết cho việc duy trì sức khỏe cân đối Một số chủng giúp tổng hợp vitamin B, vitamin K

II.4.4 Nấm men

Loại nấm men có lợi cho đường ruột là Saccharomyces boulardii

Chúng được sử dụng để chữa trị tiêu chảy lên quan đến việc sử dụng thuốc kháng sinh Giữ cân bằng hệ vi sinh vật trong đường ruột, chúng được dùng điều trị các bệnh rối loạn tiêu hóa

Ngoài ra, Saccharomyces boulardii rất hữu ích trong việc điều trị bệnh do nấm Candida gây ra bằng cách như sau:

+ S Boulardii hiệu quả hơn Candida và các vi sinh vật khác trong việc đấu tranh giành chỗ cư trú trong ruột, ngăn cản Candida và các sinh vật lây nhiễm khác kết hợp với tế

III.1 Về mặt sản xuất

fl Có thể phát triển nhanh chóng với số lượng lớn trong điều kiện lên men đơn giản và rẻ

fl Có thể tồn tại và phát triển trong điều kiện kị khí hoặc vi hiếu khí

fl Có thể sống sót qua quá trình ly tâm, lọc, đông lạnh hoặc sấy lạnh mà không mất số lượng đáng kể

fl Có khả năng hoạt hóa nhanh sau khi được sử dụng

fl Có thể sống sót dưới những điều kiện biến đổi khác nhau trong chế biến thực phẩm bao gồm cả các quá trình nhiệt độ cao trên 450C cũng như chịu đựng được nồng độ ethanol và sodium cloride cao.[3]

III.2 Khả năng sống sót trong ruột

Khả năng chịu được các dịch tiêu hoá

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

+ Acid dạ dày và muối mật ảnh hưởng mạnh đến sự sống sót của vi sinh vật

+ Các chủng có khả năng phát triển và thực hiện quá trình trao đổi chất dưới sự có mặt của lượng mật sinh lý (lượng mật bình thường trong cơ thể người) thì có khả năng sống sót tốt hơn trong suốt quá trình ở trong đường ruột

Khả năng cư trú trong ruột

+ Khi các vi khuẩn có lợi có khả năng bám chặt vào các tế bào bên trong đường ruột, chúng mới có khả năng cư trú tạm thời khoảng một thời gian trong hệ thống ruột

+ Những chỗ cư trú gần các mô bào và màng nhầy khá giàu chất dinh dưỡng, đối với một số vi sinh vật gây bệnh đường ruột thì khả năng bám chặt được xem là điều kiện trước hết đối với việc xâm chiếm và lây nhiễm.[3]

III.3 Đặc tính riêng

¨ Có khả năng sử dụng prebiotic (oligosaccharides, inulin, tinh bột) để phát triển

¨ Khả năng tổng hợp hay sử dụng vitamine (Nhóm B, folate, vitamin K)

¨ Có khả năng ngăn chặn các mầm bệnh gây ra từ các vi khuẩn như: Samonella typhimurium,Clostridium perfringens, Clostridium dificile, Escherichia coli, Candida albicans…

¨ Có hoạt tính beta – galactosidase

¨ Có khả năng tổng hợp acid, hydrogen peroxide, các bacteriocin

¨ Khả năng sinh D-lactic acid

¨ Có thể sử dụng kết hợp với các vi sinh vật khác [3]

III.4 Tính an toàn

∗ Không gây độc, không ảnh hưởng xấu đến sức khỏe

∗ Kiểm tra bằng liều gây chết trên động vật [3]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Chương 2: VI BAO PROBIOTICS

I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ KĨ THUẬT VI BAO

I.1 Giới thiệu lịch sử về vi bao:

Hình 2.1 Hình dạng của các hạt vi bao[5]

Kĩ thuật vi bao đã được ứng dụng lần đầu tiên trong ngành dược phẩm vào cuối thập niên 30 (khoảng năm 1927) trên chất bao là gum arabic bằng phương pháp sấy phun Sau đó những patent ứng dụng kĩ thuật vi bao trong các lĩnh vực khác như thực phẩm, mỹ phẩm, nông nghiệp… bắt đầu xuất hiện Khoảng 30 năm về trước kĩ thuật vi bao phát triển theo diện rộng hơn.[6]

Từ năm 1931 đến 1940 Green và cộng sự đã nghiên cứu vi bao bằng sự sinh giọt tụ trên chất bao là gelatin

Theo Vin Kee Wong thì vào những năm 1950, kĩ thuật vi bao lần đầu tiên được ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất giấy in (giấy dùng để nhân đôi bản sao) Trước đó người ta sử dụng giấy than, nhưng sau họ thay thế than bằng chất phủ nhạy cảm với áp suất Trong công nghiệp thực phẩm, kĩ thuật vi bao bắt đầu ứng dụng vào năm 1951 khi Griffin tạo

ra những hạt dầu rắn bằng cách đồng tạo tinh thể và ép đùn Ngày nay kĩ thuật vi bao đã ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ngành hóa học, thực phẩm, y học….[7]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.2 Các khái niệm về vi bao:

I.2.1 Vi bao là gì? (microencapsulation)

Vi bao được định nghĩa là công nghệ gói các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí vào những bao kín cực kỳ nhỏ Những bao này có khả năng giải phóng các chất bên trong nó với mức độ được kiểm soát dưới những điều kiện cụ thể Chúng được gọi là microcapsule(microsphere), có kích thước từ dưới micron tới vài milimet và có vô số hình dạng khác nhau phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo và phương pháp chuẩn bị ra chúng Nói tóm lại, vi bao có khả năng bổ trợ và cải thiện hình dạng bên ngoài và tính chất của các chất mà nó chứa đựng Cụ thể hơn, nó có khả năng bảo vệ một chất trong một môi trường cách ly tốt và giải phóng nó khi cần thiết.[5]

Hình 2.2 Mô tả hạt vi bao [8]

I.2.2 Lõi bao (core) [9,10]

Lõi bao là nguyên liệu cần vi bao, có thể là chất lỏng, chất rắn, hoặc chất khí Những lõi bao điển hình được sử dụng trong kĩ thuật vi bao:

' Các vitamin (vitamin A, C, D, E, K…)

' Các acid béo không no (acid arachidonic…)

' Chất tạo mùi (ví dụ như tinh dầu cam)

' Màu tự nhiên ( β -carotene, màu chiết xuất từ củ nghệ…)

' Gia vị

' Các acid (acid malic, acid citric, acid lactic, acid adipic, acid ascorbic…)

' Enzyme (ví dụ bao chế phẩm enzyme Flavourzyme để tạo hương trong công nghiệp sản xuất phô mai)

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

' Chất chống oxy hóa, chất bảo quản

' Dầu và mỡ (dầu cá, chất béo khan từ sữa…)

' Chất khoáng (Ca…)

' Phụ gia (muối, chất tạo ngọt không có giá trị dinh dưỡng, bột nở…)

Trong công nghệ thực phẩm nguyên liệu cần bao thường là mỡ, dầu hay hợp chất mùi

I.2.3 Vật liệu bao (material coated) [9]

Chất bao là chất để bao bên ngoài lõi bao,tùy bản chất hóa học của lõi bao là gì? Và lựa chọn phương pháp vi bao mà ta có thể lựa chọn chất bao(vật liệu bao) cho thích hợp

I.2.4 Hạt vi bao (particle, beads)

Dựa vào kích thước của hạt bao mà người ta phân ra thành 3 kĩ thuật bao như sau:

Bảng 2.1: Kích thước trung bình hạt vi bao [8]

Phương pháp vi bao Kích thước

hạt (µm)

Trọng lượng tối đa(%)

Simple coacervation 20–200 <60 Complex coacervation 5–200 70–90

khoảng 10 – 90% khối lượng của hạt.[8]

Hạt sau khi vi bao có nhiều hình dạng khác nhau, chúng có thể có hình cầu hay có hình bất đối xứng Hạt có cấu trúc đơn giản nhất là hình cầu có một lớp màng bao với độ dày đồng

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

đều Tuy nhiên khi thực hiện vi bao thì đa số các hạt có hình dạng không đối xứng Chẳng hạn như có thể có nhiều lõi bao trong một màng bao, nhiều hạt nằm riêng rẽ trong mạng bao, màng bao có cấu trúc nhiều lớp và các lớp này giống hay khác nhau [8]

Hình 2.3 Cấu trúc các hạt vi bao khác nhau [9]

I.2.5 Các thông số đánh giá hiệu quả vi bao:

I.2.5.1 Hiệu suất vi bao (MicroEncapsulation Yield – MEY) [11]

Hiệu suất vi bao là tỉ lệ giữa lượng lõi bao có trong sản phẩm so với lượng lõi bao có trong hệ nhũ trước khi sấy Hiệu suất vi bao được tính theo công thức sau:

MEY

Khối lượng chất cần bao trong he änhu õtrước khi sấy (g)

I.2.5.2 Hiệu quả vi bao (MicroEncapsulation Efficiency – MEE)

Hiệu quả vi bao phản ánh mức độ các lõi bao có được bảo vệ bởi màng bao bên ngoài hay không, là tỉ lệ giữa lượng lõi bao không bị khuếch tán ra bên ngoài khi ta dùng một dung môi thích hợp để trích ly so với hàm lượng chất cần bao có trong bột sản phẩm Hiệu quả vi bao được tính theo công thức sau [11]:

Chất cần bao tự do ở đây được hiểu theo 2 dạng: các chất này nằm trên bề mặt hạt vi bao (không được bao) hay nằm trong các khe hở, nơi mà dung môi có thể vào được

Như vậy, để xác định giá trị MEE người ta trộn bột sản phẩm với dung môi thích hợp để chất của lõi bao khuếch tán ra dung môi (được xem là chất cần bao ở dạng tự do) Tùy vào bản chất của lõi bao bên trong mà chọn dung môi thích hợp Chẳng hạn như khi tính hiệu quả

vi bao chất béo, ta dùng dung môi trích ly là petroleum ether, còn đối với paraffin thì dùng dung môi là toluene.[11]

I.2.5.3 Hiệu suất thu hồi chất khô (Drying Yield – YD)

Hiệu suất thu hồi chất khô là tỉ lệ giữa khối lượng của chất khô có trong bột thành phẩm với khối lượng chất khô có trong hệ nhũ trước khi sấy, được tính theo công thức sau:

Hiệu suất thu hồi chất khô % Khối lượng chất kho âtrong bột sản phẩm (g)

Khối lượng chất kho âtrong he änhu õtrước khi sấy (g)

I.2.5.4 Hiệu suất lưu lõi bao (retention percentage – RP)

Hiệu suất lưu lõi bao tại thời điểm t là tỉ lệ khối lượng của lõi bao có trong bột thành phẩm sau thời gian bảo quản t so với tổng khối lượng lõi bao có trong bột thành phẩm vừa sấy xong (thời điểm ban đầu t = 0), được tính theo công thức sau:

Khối lượng lõi bao co ùtrong bột ở thời điểm ban đầu (g)

I.2.5.5 Chu kì bán rã của lõi bao

Chu kì bán rã của lõi bao là thời gian cần thiết để một nửa lượng lõi bao ban đầu bị phân hủy do các phản ứng hóa học, được tính theo hằng số góc k theo công thức sau:

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.3 Tác dụng của vi bao:

Vi bao có thể được áp dụng cho các thành phần chức năng và phụ gia như các chất hỗ trợ chế biến (xúc tác và enzyme), chất bảo quản (acid và muối), các chất tăng cường (vitamin và khoáng), các chất hương (tự nhiên và tổng hợp), và các loại gia vị …với các lợi ích chính sau:

Giảm tính nhạy cảm của các chất bao dưới tác dụng môi trường ngoài (như ánh sáng, oxy, và nước…)

Giảm sự bay hơi và tốc độ trao đổi của các chất ra môi trường ngoài

Tăng hiệu quả sử dụng đối với các chất được bao

Kiểm soát sự giải phóng các chất để đạt được 1 khoảng thời gian chờ chính xác cho tới khi đúng kích thích xảy ra

Che vị của các chất và pha loãng chúng ra khi được sử dụng với lượng rất nhỏ nhưng vẫn đạt được sự phân tán đồng đều trong vật liệu chứa

Do đó vi bao cung cấp cho các nhà chế biến thực phẩm 1 phương pháp để bảo vệ các hợp chất nhạy cảm, bảo đảm không bị mất chất dinh dưỡng, sử dụng được các thành phần nhạy cảm, kết hợp các cơ chế giải phóng đúng lúc và bất thường vào công thức cấu tạo, che giấu hay bảo vệ các chất mùi và hương và chuyển thể lỏng thành thể rắn giúp cho việc sử dụng các chất dễ dàng Các tính chất khác thường vốn có của các thành phần được vi bao đã khiến cho các nhà công nghệ thực phẩm phải linh hoạt và kiểm soát hơn trong việc phát triển các sản phẩm sao cho thơm ngon và bổ dưỡng để đáp ứng mong đợi của người tiêu dùng ngày nay[8,9] I.4 Vật liệu vi bao:

Việc lựa chọn vật liệu bao cho quá trình vi bao rất quan trọng, nó ảnh hưởng tới hiệu quả cũng như tính ổn định của các hạt vi bao Tiêu chuẩn để lựa chọn một chất hóa học là vật liệu vi bao: tính chất lý hóa , khả năng hòa tan, trọng lượng phân tử, khả năng khuếch tán, kết tinh và sự hình thành lớp màng bao mỏng

Tùy vào tính chất nguyên liệu cần vi bao cũng như nhu cầu sản phẩm cuối cùng, điều kiện bảo quản, phạm vi ứng dụng mà lựa chọn vật liệu vi bao cho phù hợp Vật liệu vi bao tạo lớp màng bao xung quanh lõi bao phải có tác dụng bảo vệ lõi bao, tránh phản ứng với lõi bao và nguyên liệu khác, hạn chế tổn thất tế bào Vì vậy vật liệu bao phải đạt một số tính chất sau:

‹ Tính chất lưu biến tốt ở nồng độ cao và dễ thực hiện trong suốt quá trình vi bao

‹ Khả năng phân tán hay nhũ hoá các chất hoạt động và ổn định nhũ tương tạo ra

‹ Không phản ứng với chất được vi bao trong quá trình vi bao và bảo quản

‹ Khả năng giữ kín và chứa đựng chất hoạt động trong cấu trúc của nó trong quá trình vi bao và bảo quản

‹ Không phản ứng hoá học với các chất hoạt động

‹ Khả năng đáp ứng tính tan lớp vỏ bọc và giải phóng các chất hoạt động đúng lúc và như mong đợi

‹ Tiết kiệm các chất được xếp là thực phẩm

Vật liệu bao có thể được lấy từ rất nhiều nguồn khác nhau, có thể là hợp chất tự nhiên hoặc là các chất tổng hợp, thường là gums tự nhiên ( gums Arabic,alginate, carragenans…), protein ( whey protein, soy protein.), carbaohydrate có phân tử lượng thấp như maltodextrin, các hợp chất keo : gums aracia….[5,16,22]

Bảng 2.2 : Vật liệu bao sử dụng trong các phương pháp vi bao probiotics [22]

Vật liệu bao Phương pháp vi bao Chủng

Gel beads/ ép đùn (1-2.6mm)

Gel beads/ ép đùn (2-2.5mm)

Gel beads/ ép đùn (20-70µm)

B longum

B.bifidum B.longum

B longum B.lactis

B.longum B.bifidum B.infantis B.breve B.adolescentis

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Alginate

Alginate /tinh bột

Alginate /tinh bột

Alginate /tinh bột

Cellulose acetate phthalate

Bơ sữa/whey protein

Whey protein

Sấy lạnh (65µm) Gel beads/ ép đùn (2-2.5 mm)

Gel beads/ nhũ hóa (0.5-1mm)

Gel beads/ nhũ hóa (0.5-1mm)

Sấy lạnh (50-100µm) Gel beads/ ép đùn (3mm)

Sấy phun (5µm) Sấy phun (10-20µm)

Sấy phun (22µm)

Sấy phun (20-75µm)

B.longum B.lactis B.infantis B.infantis

Vi sinh vật B.infantis Bifidobacterium PL1

B.longum B.infantis B.lactis

B.breve B.longum

Sau đây là một số vật liệu bao điển hình:

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.4.1 , Polysaccharide:

I.4.1.1 Alginate:

Hình 2.4 Cấu trúc alginate[14]

Alginate có trong thành tế bào và gian bào của tảo biển Nó cung cấp tính đàn hồi và chắc cho thực vật Acid alginic, aicd tự do từ alginate, là sản phẩm trung gian trong sản xuất alginate thương mại nhưng tính ổn định có phần hạn chế Để tạo ra sản phẩm alginate tan trong nước, alginic acid được chuyển thành muối như muối Na, K, NH4, Mg, Ca…

Alginate là bao gồm các sản phẩm tạo thành từ acid D-mannuronic và acid glucuronic, sắp xếp thành các vùng chỉ bao gồm một loại monomer gọi là M-block và G-block và các vùng có 2 monomer luân phiên nhau Tỉ lệ acid mannuronic-glucuronic và cấu trúc của polimer quyết định tính chất hoà tan của alginate Trong chuỗi polimer, các monomer có khuynh hướng sắp xếp sao cho đạt được cấu trúc thuận lợi nhất Nhóm carboxyl khá lớn tạo liên kết ngang β-1,4 glucoside trong M-M và liên kết dọc trục α-1,4 glycoside trong G-G và liên kết ngang và dọc trục trong M-G Kết quả là tạo ra tính chất cồng kềnh và cứng ở những vùng có G-block và đàn hồi như sợi ribbon ở những vùng có M-block Vùng có MG-block có tính cứng trung gian

L-Tính chất của alginate được sử dụng trong sản xuất thực phẩm là: tạo gel (như bánh pudding), liên kết với nước (như soup), ổn định (như kem), và tạo màng (như màng bao) Màng alginate tạo ra bằng cách bốc hơi dung dịch alginate tan trong nước và sau đó là tạo liên kết ion với muối canxi Chúng không thấm dầu và béo nhưng chống thấm nước kém Mặc dù vậy, màng bao gel alginate có thể giảm đáng kể sự thoát ẩm từ thực phẩm Nói cách khác, ẩm của màng bao sẽ mất trước khi thực phẩm khử nước Màng alginate chống thấm oxy tốt, có thể làm chậm sự oxy hoá lipid trong thực phẩm và cải thiện mùi vị, cấu trúc và tính kết dính Alginate tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm bao gồm việc bao các thành phần thực phẩm kể từ khi nó được sử dụng lần đầu tiên ở Mỹ vào những năm 1920 Dung dịch alginate còn có thể bao chất béo Thực phẩm giàu béo nhớt còn có thể được bao bằng canxi alginate[5,13,14] Alginate được dùng trong vi bao tế bào vi sinh vật Vài loại canh trường vi khuẩn lactic vi bao đã được sử dụng thành công trong công nghệ lên men Ví dụ, vi bao vi khuẩn probiotic bằng alginate-tinh bột đã cải thiện tỉ lệ sống sót trong điều kiện dịch vị và dịch ruột được mô phỏng và trong sữa chua Vi khuẩn Bfidobacterium vi bao trong alginate làm tăng

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

khả năng sống sót và ảnh hưởng lên sữa đá lạnh đông bằng cách vi bao trong hạt gel alginate hoặc trong κ-carageenan Việc cố định vi khuẩn Bifidobacterium trong hạt gel canxi alginate làm tăng khả sống trong dịch vị, muối mật mô phỏng [14]

Màng bao alginate bao xung quanh tế bào vi khuẩn thường có đường kính từ 1-3µm, kích thước lỗ trên bề mặt hạt bao không được vượt quá 7nm

Được sử dụng phổ biến để vi bao các vi khuẩn lactic Hàm lượng chất bao thường nằm trong khoảng từ 0.5-4% [13]

Ưu điểm của alginate:

+ Dễ dàng hình thành lớp màng bao xung quanh chất cần bao

+ Rẻ tiền, an toàn đối với cơ thể (do là một polymer sinh học)

+ Chế độ xử lý nhẹ nhàng, dễ chuẩn bị, dễ hoàtan và có thể dễ dàng giải phóng tế bào probiotics ra ngoài môi trường[13]

Nhược điểm:

+Nhạy cảm với môi trường acid vì màng bao alginate được hình thành khi có mặt của ion Ca Trong môi trường acid đặc biệt là acid lactic, phosphoric, citric sẽ phản ứng với Ca tạo thành các gốc phosphate, citrate, lactate, do đó làm giảm sự hình thành màng bao alginate, dẫn đến cấu trúc hạt không đồng nhất

+Khó ứng dụng trong quy mô công nghiệp [13]

I.4.1.2 Agarose/ Agar

Hình 2.5 Cấu trúc agarose[14]

Agar là tập hợp các hợp chất tạo gel được chiết xuất chủ yếu từ tảo đỏ có tên là: Gelidium, Glaciraria, Pterolacdia Agar được chia làm 2 loại là: agarose và agaropectin Agarose không có tương tác sulphate, còn agaropectin là hỗn hợp của nhiều phân tử sulphate Tuy nhiên Yaphe và các đồng nghiệp đã chứng tỏ rằng agar chỉ được quan tâm đến như là hỗn hợp của nhiều polysaccharide, bao gồm một vài “extremes” trong cấu trúc [14]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.4.1.3 k-carrageenan

Hình 2 6 Cấu trúc của k-carrageenan [14]

Carageenan là một vật liệu vi bao chiết xuất từ tảo đỏ Nó là một polysaccharide mạch thẳng tạo bởi các đơn vị galactose và 3,6-anhydrogalactose (3,6-AG), có thể được sulfate hoá hoặc không, nối với nhau bởi liên kết α-1,3 và β-1,4 glycoside Sự sắp xếp các thành phần khác nhau xảy ra trong tự nhiên tạo ra 3 dạng carageenan cơ bản, thường được biết tới như là kappa (κ), iota (ι), và lambda (λ) Sự khác nhau này ảnh hưởng tới độ bền gel, cấu trúc, tính tan, tính kết hợp và nhiệt độ tan chảy của carageenan Tất cả carageenan đều tan trong nước nóng, tăng độ nhớt rất chậm Ngoại trừ dạng lambda, chỉ có muối natri của iota và kappa là tan trong nước lạnh Muối kali và canxi cần thiết cho quá trình tạo gel và gel bền

ở nhiệt độ phòng Các hạt gel có thể tan chảy trở lại bằng cách gia nhiệt tới khoảng 5-10oC cao hơn nhiệt độ gel hoá (40-70oC) Khi sử dụng ở nồng độ cao 2-5% thì nhiệt độ hoà tan lớp màng bao là 60-900C [5,14]

Gel carageenan hình thành là do sự thay đổi nhiệt độ Dịch huyền phù chứa probiotic và carageenan được gia nhiệt tới 40-500C sau đó làm nguội về nhiệt độ phòng tạo điều kiện cho việc hình thành gel Bổ sung các ion hoá trị I như K+ sẽ hỗ trợ cho việc tạo gel nhưng muối KCl lại ức chế một số vi khuẩn lactic như Streptococus, Thermophilus, Lactobacillus…Sau một vài nghiên cứu các tác giả cho thấy rằng ion Rb+, Cs+, NH4+ bổ sung vào hỗn hợp alginate sẽ hình thành màng bao bền hơn, mịn hơn [13]

Carageenan bao gồm một tập hợp các chất keo có tính chất khác nhau và do đó có ứng dụng khác nhau Ứng dụng quan trọng nhất là trong các hệ nước và sữa từ men bánh đến thức uống sôcôla như ứng dụng gel hóa xử lý nóng, ứng dụng tạo đặc xử lý nóng, và ứng dụng tạo đặc nguội Lớp màng bao có chứa carageenan như là 1 thành phần chính hoặc thành phần duy nhất được ứng dụng cho nhiều loại thực phẩm để mang vi sinh vật và giảm mất nước, oxy hoá, hoặc phân huỷ Gel carageenan có thể biến tính nhiệt thuận nghịch Vì khả năng tương tác với 1 vài loại protein, gum nên có thể dùng ở nồng độ nhỏ (điển hình là 0.01 tới 0.03%) trong nhiều thực phẩm Carageenan còn được dùng để bao vi khuẩn [5,8,14]

Việc kết hợp κ-carrageenan với locust bean đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm lên men, vì lớp màng bao hình thành từ hỗn hợp trên có khả năng kháng acid sinh ra từ quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, do đó hiệu quả vi bao được tăng cao Tuy nhiên, cũng giống như alginate màng bao κ-carageenan và locust bean hình thành phụ thuộc vào nồng độ của ion Ca2+, mà ion Ca2+ ảnh hưởng tới khả năng sống sót của

Bifidobacterium Tỉ lệ κ-carageenan và locust bean (1:2) sẽ cho cấu trúc gel bền nhất [13]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.4.1.4 Pectin

Hình 2 7 Cấu trúc của pectin [14]

Hình 2.7: Cấu trúc cấu tạo của pectin

Pectin là một thành phần chính trong thành tế bào với nhiều chức năng sinh học quan trọng Nó đóng vai trò trong việc điều khiển sự phát triển của tế bào, bảo vệ sự xâm nhập của vi sinh vật và duy trì tính chất vật lý và cảm quan của trái cây tươi Pectin được tạo bởi các D-galacturonic acid liên kết α-1,4 với nhau, gián đoạn bởi liên kết α-1,2 của L-rhamnose Sự khác nhau giữa các hợp chất pectic là hàm lượng methyl ester hay mức độ ester hoá, giảm một ít khi quả chín Mức độ ester hoá (chỉ số DE) được định nghĩa là (số gốc acid D-galacturonic được ester hoá trên tổng số gốc acid D-galacturonic) x 100 Tính chất được biết tới tốt nhất của pectin là nó có thể tạo gel ở điều kiện thích hợp Gel có thể được coi như là một hệ trong đó polimer ở trạng thái trung gian giữa hoà tan hoàn toàn và kết tủa[5,14,16]

Pectin thể hiện nhiều tính chất dinh dưỡng và sinh lý quan trọng đối với dinh dưỡng và sức khoẻ con người Pectin là loại chất xơ, bởi vì nó không được tiêu hóa bởi enzyme trong cơ thể Mặc dù không được tiêu hoá và hấp thụ trong bộ máy tiêu hoá dịch vị và dịch ruột non nhưng pectin có thể được lên men bởi quần thể vi sinh vật trong ruột già tạo thành CO2, CH4, và H2 và acid béo mạch ngắn (SCFA), chủ yếu là acetate, propionate và butyrate Các acid béo này là nguồn tạo ra năng lượng cho các tế bào và một số có thể được hấp thụ vào ruột già cung cấp năng lượng và tăng hiệu quả trao đổi chất Khả năng giảm cholesterol trong máu của pectin được ghi nhận ở chuột và người từ đầu những năm 1960 Từ đó, khả năng này đã được chứng minh lặp lại nhiều lần trong nhiều đề tài và điều kiện thí nghiệm khác nhau[5]

I.4.1.5 Gellan -xanthan

Hình 2.8 Cấu trúc củagellan gum[14]

Hỗn hợp Gellan-xanthan được sử dụng trong quá trình vi bao probiotics, tỉ lệ tối ưu là Gellan:xanthan=0.75:1

Mặc dù hỗn hợp này có thề ứng dụng để vi bao nhưng điều kiện hình thành cấu trúc gel rất khó khăn, phải nâng nhiệt độ lên 80-900C, khi đó lượng tế bào probiotics bị tổn thất khá

Chitin có tên khoa học là: poly[-β (1-4) -2 –acetamido -2-deoxy-D-glycopyranose] Công thức cấu tạo của Chitin:

Chitin thường không tồn tại trong thiên nhiên như một chất riêng biệt mà xuất hiện dưới dạng phức chất với nhiều chất khác như protein, polysaccharic (kể cả cellulose) Chitin tinh khiết chỉ có trong vỏ gai (extracellular spine) của những loài khúc tảo, còn lại là trong phòng thí nghiệm sau quá trình xử lý để lọai các thành phần khác Thực tế ta chỉ khảo sát được Chitin dưới dạng hợp chất có chứa Chitin Ngay cả khi dùng Chitin đã được làm sạch người ta vẫn không xem nó là một đơn chất vì các mạch polime sẽ chứa một phần 2-amino-2-deoxy-D-glycopyranose và một lượng đáng kể 2-acetamido-2-deoxy-D-glycopyranose [14]

Chitin không hòa tan trong hầu hết các dung môi thông thường nên khả năng ứng dụng bị hạn chế Do đó người ta thực hiện quá trình deacetyl hóa Chitin để tạo ra sản phẩm Chitosan nhằm cải thiện độ hòa tan, tăng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực [14]

Hình 2.9 Cấu trúc của chitin [14]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.4.1.7 Chitosan:

Hình 2 10 Cấu trúc của chi tosan [14]

Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng tích điện dương cấu tạo bởi các chitin đã được deacetyl hoá, chiết xuất từ vỏ của loài giáp xác Chitosan hoà tan trong nước ở pH dưới 6, và giống như alginate, nó có thể tạo gel nhờ những ion hỗ trợ tạo gel Chitosan là một polyction với các nhóm amin nên có thể tạo liên kết ngang với các anion hay polyanion, chẳng hạn như polyphosphate, [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3-, polyaldehydrocarbonic acid Chitosan có hiệu quả hạn chế đối với các loài vi khuẩn lactic khác nhau Để cải thiện khả năng sống sót của vi khuẩn nhờ chitosan, một số nghiên cứu đã dùng nó để vi bao tế bào nhằm tạo một lớp vỏ bọc cho các hạt alginate bằng cách ngâm các hạt trong dung dịch chitosan 0,4%, khuấy nhẹ trong

40 phút Lượng tế bào bên trong hạt từ 108 đến 1010 cfu/g [15]

I.4.2 Protein

Protein đóng nhiều vai trò quan trọng trong các hệ thực phẩm và sinh học Một số đó bao gồm xúc tác sinh học (enzyme), thành phần cấu trúc của tế bào và các cơ quan (collagen, keratin, elastin…), proten cơ (actin, myosin, tubulin), hormone (insulin, yếu tố tăng trưởng…), protein vận chuyển (serum albumin, transferrin, hemoglobin), protein có chứa kim loại (phosvitin, ferritin), kháng thể (immoglobulin), protein bảo vệ (toxin, allergen) và protein dự trữ (protein hạt, casein, albumin trứng) như là nguồn nitơ và nguồn năng lượng cho động vật non [11]

I.4.2.1 Soy protein

Protein đậu nành được sử dụng cho nhiều loại thực phẩm truyền thống Việc sử dụng sản phẩm chứa protein đậu nành như là thành phần chức năng là tăng sự chấp nhận trong chế biến thực phẩm đứng từ quan điểm dinh dưỡng và sức khoẻ con người Ứng dụng của protein đậu nành trong thực phẩm dựa vào tính chất chức năng của nó Chức năng điển hình của protein đậu nành là tạo gel, tạo nhũ, tạo bọt, tạo sự kết dính, tạo sự đàn hồi, tạo nhớt, tạo tính tan, hấp thụ và liên kết với nước, hấp thụ béo, liên kết với chất mùi Các chức năng này chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và điều kiện thu nhận protein vì chúng ảnh hưởng tới tính chất hoá học và vật lý của protein

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Sản phẩm protein đậu nành được chia làm 3 loại: (1) soy flour (hàm lượng protein dưới 65%), (2) soy protein concentrate (hàm lượng protein 65-89%) và (3) soy protein isolate (hàm lượng protein trên 90%)

Protein đậu nành ban đầu được phân loại theo tốc độ lắng thành các phân đoạn 2S, 7S, 11S, và 15S Phân đoạn 2S chứa yếu tố ức chế trypsin và cytochrome và chiếm khoảng 8% tổng số protein Phân đoạn 7S chứa globulin và enzyme (lipoxygenase và amylase) và chiếm khoảng 35% Phân đoạn 11S được xem là một protein đơn và chiếm khoảng 52% Phân đoạn 15S là 1 dạng polime của phân đoạn 11S và chiếm khoảng 5% Globulin đậu nành chính cũng được phân ra thành glycinin, α-, β-, và γ-conglycinin dựa trên đáp ứng miễn dịch khác nhau của chúng Phân đoạn 11S được cho là giống glycinin và phần globulin phân đoạn 7S thì giống conglycinin [11]

I.4.2.2 Whey protein:

Whey từ ngành công nghiệp sản xuất phô mai đang được sử dụng ngày càng nhiều để làm thức ăn gia súc và nguồn protein cho dinh dưỡng con người Có hai loại whey: (1) soft whey, thu được từ sự động tụ sữa bằng chế phẩm rennin ở pH 6.6 (trong sản xuất cheddar hay emmental), (2) acid whey thu được từ việc sản xuất phô mai mềm tươi (như phô mai kem, Camembert hay Petit Suisse) sau khi đông tụ sữa bằng acid và trong phô mai thủ công có kèm theo gia nhiệt khối đông Whey trên thị trường ở dạng bột hoặc lỏng với thành phần khác nhau

Whey protein là hỗn hợp protein với nhiều tính chất chức năng khác nhau và do đó có nhiều ứng dụng Protein chính là β-lactoglobulin và α-lactoalbumin Chúng chiếm gần 70% tổng số protein trong whey protein và có tính chất hydrat hoá, tạo gel, hoạt tính bề mặt (nhũ hoá và tạo bọt) Sản phẩm chứa hơn 35% protein trên tổng số chất khô gọi là whey protein concentrate và whey protein isolate thì chứa 90% hoặc cao hơn Whey protein được xem là thành phần chức năng và dinh dưỡng trong nhiều loại thực phẩm Thành phần protein này cũng được sử dụng cho mục đích chữa bệnh và dinh dưỡng trong các bữa ăn ít calorie và trong chế độ dinh dưỡng chăm sóc đặc biệt[32]

I.4.2.3 Gelatin

Gelatin là protein được sử dụng phổ biến để bao thành phần thực phẩm dù các protein khác cũng có khả năng này Nó là vật liệu bao có giá trị mà không độc, không mắc tiền và có sẵn trên thị trường Gelatin là polypeptide cao phân tử có nguồn gốc từ colagen, thành phần protein chính trong mô liên kết của động vật như xương, da và gân Gelatin thương mại được lấy từ da sống, xương và da heo, được chia thành 2 nhóm là loại A (thu được thông qua tiền xử lý bằng acid) và loại B (thu được thông qua xử lý cơ bản)

Gelatin có tính chất tạo màng mỏng tốt cũng như tính chất hoá lý và hoá học lý tưởng cho quá trình vi bao Gelatin hình thành gel thuận nghịch dưới tác dụng của nhiệt độ khi hỗn hợp huyền phù polypeptide tan trong nước ấm được làm nguội Tuy nhiên khi nồng độ gelatin trong dung dịch thấp hơn 1%, sự tạo gel không thể quan sát được dù có làm lạnh Tính chất đặc trưng này được sử dụng hiệu quả cho việc tạo capsule [13,16]

I.4.2.4 Gluten:

Gluten được hình thành từ hai protein có trong bột mì đó là gliadin vàglytenin Khi 2 protein này hấp thụ nước định hướng và sắp xếp lại thành hàng và giãn mạch từng phần nên sẽ làm phát sinh các tương tác ưa béo và hình thành các cầu disunfua mới Một mạng protein

3 chiều có tính nhớt, đàn hồi được thiết lập, dần dần những tiểu phần glutenin ban đầu biến thành những màng mỏng bao lấy xung quanh các hạt tinh bột và những hợp phần khác có trong bột mì tạo thành bột nhão Rửa bột nhão cho tinh bột trôi đi còn lại khối dẻo gọi là gluten ướt gluten có tính dẻo, đàn hồi và có khả năng giữ nước được ứng dụng rất nhiều trong thực phẩm

I.4.3 Gum

I.4.3.1 Gum arabic

Gum arabic (gum acacia) là một chất keo được tạo ra bởi cây acacia và là một chất bao hiệu quả vì khả năng tan trong nước cao, dung dịch có độ nhớt thấp so với các chất keo khác và khả năng hoạt động như một chất nhũ hoá dầu trong nước

Gum arabic được tạo thành bởi sự sắp xếp có mức độ phân nhánh cao các đường đơn giản như galctose, arabinose, rhamnose, và acid glucuronic và cũng chứa thành phần protein (khoảng 2% w/w) liên kết hoá trị bên trong cấu trúc phân tử Phân đoạn protein đóng vai trò rất quan trọng đến tính chất chức năng của gum Arabic[16,17]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Bảng 2.4 : Thành phần hoá học của gum Arabic[16]

Galactose 36.0 Arabinose 30.0

Acid glucuronic 19.2

Hình 2 11 Cấu trúc của gum acacia[14]

Acacia gum được biết tới nhiều năm bởi cộng động khoa học như là một nguồn chất xơ đầy tiềm năng Giá trị dinh dưỡng của nó đã được chứng minh Bên cạnh đó, gum acacia có thể được thêm vào một lượng rất lớn mà vẫn giữ được vị và cấu trúc ban đầu của thực phẩm mà nó cho vào Và cuối cùng nhưng không thừa là nhờ vào cấu trúc polime phức tạp, gum acacia không gây ra bất cứ hiệu ứng phụ về dinh dưỡng

So với hầu hết các polisaccharide khác, gum acacia có tính kháng cao đối với các quá trình hoá lý khác nhau, đặc biệt trong điều kiện acid Ví dụ, gum acacia không bị mất đi các sợi chất xơ trong suốt quá trình thanh trùng nước trái cây

Nhờ vào độ nhớt thấp và không có mùi vị, gum acacia có thể bổ sung với lượng lớn màø không gây ảnh hưởng tới tính chất cảm quan của sản phẩm thực phẩm chứa nó[17]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

I.5 Ứng dụng của vi bao:

Kĩ thuật vi bao ngày nay đang ngày càng phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Hình 2 12 Ứng dụng kĩ thuật vi bao vào các lĩnh vực [18]

I.6 Tình hình phát triển kĩ thuật vi bao hiện nay:

Hình 2 13 Số lượng các nghiên cứu kĩ thuật vi bao bằng các phương pháp khác nhau

từ 1955 đến 2005 [19]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Hình 2.14 Tài liệu tham khảo vi bao trong ngành hoá [20]

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

II VI BAO PROBIOTICS:

Ngày nay khi khoa học về vi bao ngày càng phát triển, có rất nhiều kĩ thuật mới ra đời trong đó có 2 phương pháp được ứng dụng rất nhiều trong công nghệ thực phẩm là: kĩ thuật sấy phun và kĩ thuật èp đùn, ngoài ra phương pháp sấy lạnh , kĩ thuật tạo giọt tụ, … cũng được sử dụng rất hiệu quả:

Hình trên cho chúng ta nhìn một cách tổng quát về công nghệ vi bao được ứng dụng trong ngành thực phẩm cũng như các ngành dược phẩm[5,9]

Hình 2.15 Sơ đồ tổng quát kĩ thuật vi bao được ứng dụng trong thực phẩm[8]

Probiotics

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Bảng 2.5 Cho một số phương pháp vi bao và ví dụ ứng dụng trong các ngành công nghiệp [8]

Có thể chia các phương pháp vi bao thành 2 loại dựa vào bản chất của chúng: quá trình hóa học và quá trình vật lý:

Bảng 2 6 Phân loại các phương pháp vi bao [9]

Loại A (quá trình hoá học) Loại B (quá trình cơ học)

Tạo giọt tụ

(complex coacervation)

Sấy phun (Spray-drying) Tương tác kỵ nhau polimer-polimer

(Polimer-polimer incompatibility)

Sấy lạnh (Spray-chilling) Polimer hoá bề mặt phân pha trong môi

trường lỏng

(Interfacial polimerisation in liquid meadia)

Nhũ tương hoá (Fluidised bed)

Polimer hoá ở vị trí ban đầu

(In situ polimerisation)

Lắng tĩnh điện (Electrostatic deposition) Sấy khô trong lỏng

instant desserts, food flavours,

instant beverages

Fluid bed drying Powder/granule Prepared dishes,

confectionery Spray cooling/chilling Powder Prepared dishes, ices

Extrusion Powder/granule Instant beverages,

confectionery, teas Molecular inclusion Powder Confectionery, instant drinks,

extruded snack

SVTH: Trần Tuyết Ngọc

Tạo gel bằng nhiệt hay ion trong môi trường

lỏng

(Thermal and ionic gelation in liquid media)

Xoay đĩa tách huyền phù (Spinning disk or rotational suspension separation)

Phân huỷ trong môi trường lỏng

(Desolation in liquid meadia)

Polyme hoá tại bề mặt phân pha lỏng-khí hay rắn-khí

(Polimerisation at liquid-gas or solid-gas interphase)

Ép đùn áp suất hay phun vào bể trích ly dung môi

Tại sao phải vi bao probiotics?

Probiotics là hệ vi sinh vật sống, hoạt tính của chúng rất dễ bị thay đổi trước những điều kiện ngoại cảnh, khi chúng vào trong cơ thể tồn tại trong dạ dày có nồng độ muối mật cao,

pH thấp, độ acid cao, do đó chỉ trong khoảng thời gian ngắn hầu như probiotics không có khả năng sống sót Để có thể tồn tại trong cơ thể thực hiện chức năng của mình thì probiotics phải chống chọi với các rào cản sinh lý sau:

Aùp lực trong suốt quá trình vi bao: sấy phun, sấy lạnh, ép đùn…

Aùp lực trong quá trình bảo quản: nhiệt độ, thời gian

Điều kiện sinh lý bên trong hệ tiêu hoá:nồng độ muối mật, pH…[13]