Thử nghiệm tạo bột sữa chua synbiotic

Sữa chua là sản phẩm lên men từ sữa có giá trị dinh dưỡng cao và có lợi cho sức khỏe, cung cấp cho cơ thể một lượng lớn protein, vitamin A, B, D và nhiều khoáng chất cần thiết khác. Hơn nữa sữa chua còn giúp kích thích tiêu hóa, tăng hiệu quả hấp thu dưỡng chất từ thực phẩm. Sữa chua từ lâu đã được công nhận là một sản phẩm với nhiều tác dụng mong muốn cho người tiêu dùng. Hầu hết người tiêu dùng xem sữa chua là tốt cho sức khỏe 15.Sự xuất hiện sữa chua probiotic, loại sữa chua bổ sung lợi khuẩn probiotic, làm gia tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị sức khỏe cho sản phẩm này 9. Với tính năng ưu việt này, sữa chua probiotic không chỉ dừng lại ở các dạng sản phẩm thường gặp (sữa chua truyền thống, sữa chua uống) mà đã được nghiên cứu tạo sản phẩm bột sữa chua nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm, thuận tiện vận chuyển, sử dụng bằng kỹ thuật sấy phun. Sản phẩm bột sữa chua probiotic bằng phương pháp sấy phun không cần bảo quản ở nhiệt độ lạnh, thời gian bảo quản dài, khi vận chuyển không cần những điều kiện bảo quản đặc biệt và góp phần đa dạng hóa dòng sản phẩm thực phẩm probiotic.Tuy nhiên thất thoát giống cao khi đi qua kỹ thuật sấy phun còn là một vấn đề cần khắc phục trong quá trình tạo ra bột sữa chua probiotic. Do đó việc tìm hiểu các biện pháp cải thiện khả năng sống của vi khuẩn probiotic trong quá trình sản xuất là một việc làm cấp thiết. Đề tài “Thử nghiệm tạo bột sữa chua synbiotic” nhằm thăm dò các chất bảo vệ vi khuẩn probiotic.

năm làm đề tài khóa luận tại PTN Công Nghệ Sinh Học Trường Đại Học Bách Khoa, tôi đã được trang bị những kiến thức chuyên ngành và những kỹ năng sống cần thiết Khóa luận tốt nghiệp là thành quả làm việc nghiêm túc từ những tri thức quý báu mà Quý Thầy Cô đã truyền đạt trong suốt bốn năm qua

Để hoàn thành Khóa luận, ngoài sự cố gắng, nổ lực của bản thân là sự giúp lớn lao từ Quý Thầy Cô, Gia Đình và Bạn Bè

Trang

Lời cảm ơn

Mục lục i

Danh mục từ viết tắt iv

Danh mục hình ảnh v

Danh mục bảng vi

Danh mục đồ thị vii

Mở đầu 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sữa chua 2

1.1.1 Các giá trị của sữa chua 2

1.1.2 Phân loại sữa chua 3

1.1.3 Nguyên liệu và vi sinh vật trong sản xuất sữa chua 5

1.1.4 Cơ sở sinh hóa của quá trình lên men sữa chua 7

1.2 Probiotic và các sản phẩm lên men từ sữa 9

1.2.1 Giới thiệu về probiotic 9

1.2.2 Lịch sử nghiên cứu probiotic 12

1.2.3 Ứng dụng của probiotic trong thực phẩm chức năng 13

1.3 Bifidobacterium và sữa chua probiotic 15

1.3.1 Giới thiệu về Bifidobacterium 15

1.3.2 Sữa chua probiotic 24

1.4 Bột sữa chua và phương pháp sấy phun 24

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sống của Bifidobacterium 27

1.6 Các biện pháp cải thiện khả năng sống của Bifidobacterium 29

1.6.2 Đáp ứng stress 30

1.6.3 Bổ sung chất hỗ trợ 30

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất và môi trường 32

2.1 Nguyên vật liệu 32

2.2 Môi trường, hóa chất 32

2.3 Thiết bị và dụng cụ sử dụng 33

2.2 Nội dung nghiên cứu 33

2.2.1 Kiểm tra đặc điểm sinh học của giống 34

2.2.2 Chuẩn bị giống cho quá trình lên men 34

2.2.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến pH, độ chua và mật độ B bifidum trong quá trình lên men sữa chua probiotic 35

a Khảo sát ảnh hưởng của thứ tự cấy giống đến pH, độ chua và mật độ B bifidum trong quá trình lên men sữa chua probiotic 35

b Khảo sát ảnh hưởng của WPC đến pH, độ chua và mật độ B.bifidum trong quá trình lên men sữa chua synbiotic 37

2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của WPC đến sữa chua synbiotic theo thời gian bảo quản 38

2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của WPC mật độ B bifidum khi áp dụng phương pháp sấy phun tạo sữa chua synbiotic 39

2.3 Phương pháp phân tích 40

2.3.1 Phương pháp vi sinh 40

2.3.2 Phương pháp hóa lý 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1 Kiểm tra đặc điểm sinh học của giống 41

3.1.1 Quan sát hình thái đại thể và vi thể 41

3.1.2 Khảo sát đường cong sinh trưởng của B bifidum 43

trong quá trình lên men sữa chua probiotic 44

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của thứ tự cấy giống đến pH, độ chua và mật độ B

bifidum trong quá trình lên men sữa chua probiotic 44

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của WPC đến pH, độ chua và mật độ B.bifidum

trong quá trình lên men sữa chua synbiotic 48 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của WPC đến sữa chua synbiotic theo thời gian bảo quản 51

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của WPC mật độ B bifidum khi áp dụng phương pháp sấy phun tạo sữa chua synbiotic 54 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 Kết luận 57 4.2 Kiến nghị 59

Tài liệu tham khảo 62 Phụ lục

FOS: Fructose oligosaccharide

WPC: Whey protein concentrate

Giống khởi động: Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus

B bifidum: Bifidobacterium bifidum

Hình 1.1 Sơ đồ chuyển hóa đường thành acid lactic

Hình 1.2 Hình thái vi khuẩn Bifidobacteria

Hình 2.1 Nội dung nghiên cứu tổng quát

Hình 2.2 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của thứ tự cấy giống đến pH, độ chua và độ

B bifidum trong quá trình lên men sữa chua synbiotic

Hình 3.1 Hình thái đại thể của giống khởi động và B bifidum trên các môi

trường đặc trưng

Hình 3.2 Hình thái vi thể của giống khởi động và B bifidum (X100)

Hình 4.1 Quy trình tạo sản phẩm sữa chua synbiotic

Bảng 1.1 Một số tính chất của vi khuẩn lactic được sử dụng trong sản xuất sữa

chua

Bảng 1.2 Các loài Bifidobacteria tồn tại trong hệ ruột người

Bảng 1.3 Các loài Bifidobacteria tồn tại trong hệ đường ruột động vật

Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thứ tự cấy giống đến pH, độ

chua và mật độ B bifidum trong quá trình lên men sữa chua synbiotic

Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của WPC đến pH, độ chua và mật

độ B bifidum trong quá trình lên men sữa chua synbiotic

Bảng 3.1 Đặc điểm đại thể và vi thể của các chủng vi khuẩn sử dụng lên men sữa

phun

Đồ thị 3.1 Đường cong sinh trưởng của B bifidum trên môi trường MRS

Đồ thị 3.2 Sự thay đổi pH dưới ảnh hưởng của thứ tự cấy giống

Đồ thị 3.3 Sự thay đổi độ chua dưới ảnh hưởng của thứ tự

Đồ thị 3.4 Sự ảnh hưởng của hàm lượng WPC đến pH trong sữa chua synbiotic

theo thời gian lên men

Đồ thị 3.4 Sự ảnh hưởng của hàm lượng WPC đến độ chua trong sữa chua

synbiotic theo thời gian lên men

Đồ thị 3.5 Sự ảnh hưởng của hàm lượng WPC đến pH trong sữa chua synbiotic

theo thời gian bảo quản

Đồ thị 3.6 Sự ảnh hưởng của hàm lượng WPC đến độ chua trong sữa chua

synbiotic theo thời gian bảo quản

Đồ thị 3.7 Sự ảnh hưởng của hàm lượng WPC đến mật độ B bifidum trong sữa

chua synbiotic theo thời gian bảo quản

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sữa chua là sản phẩm lên men từ sữa có giá trị dinh dưỡng cao và có lợi cho sức khỏe, cung cấp cho cơ thể một lượng lớn protein, vitamin A, B, D và nhiều khoáng chất cần thiết khác Hơn nữa sữa chua còn giúp kích thích tiêu hóa, tăng hiệu quả hấp thu dưỡng chất từ thực phẩm Sữa chua từ lâu đã được công nhận là một sản phẩm với nhiều tác dụng mong muốn cho người tiêu dùng Hầu hết người tiêu dùng xem sữa chua là tốt cho sức khỏe [15]

Sự xuất hiện sữa chua probiotic, loại sữa chua bổ sung lợi khuẩn probiotic, làm gia tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị sức khỏe cho sản phẩm này [9] Với tính năng

ưu việt này, sữa chua probiotic không chỉ dừng lại ở các dạng sản phẩm thường gặp (sữa chua truyền thống, sữa chua uống) mà đã được nghiên cứu tạo sản phẩm bột sữa chua nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm, thuận tiện vận chuyển, sử dụng bằng kỹ thuật sấy phun Sản phẩm bột sữa chua probiotic bằng phương pháp sấy phun không cần bảo quản ở nhiệt độ lạnh, thời gian bảo quản dài, khi vận chuyển không cần những điều kiện bảo quản đặc biệt và góp phần đa dạng hóa dòng sản phẩm thực phẩm probiotic

Tuy nhiên thất thoát giống cao khi đi qua kỹ thuật sấy phun còn là một vấn đề cần khắc phục trong quá trình tạo ra bột sữa chua probiotic Do đó việc tìm hiểu các biện pháp cải thiện khả năng sống của vi khuẩn probiotic trong quá trình sản

xuất là một việc làm cấp thiết Đề tài “Thử nghiệm tạo bột sữa chua synbiotic”

nhằm thăm dò các chất bảo vệ vi khuẩn probiotic

1.1 Sữa chua

Sữa chua là sản phẩm lên men từ sữa rất giàu protein Nó được những người du mục vùng Mount Elbus phát hiện từ xưa Ngày nay, sữa chua được tiêu thụ mạnh tại các nước vùng Địa Trung Hải, trung tâm Châu Âu và Châu Á

Khả năng sống sót và hoạt tính của vi khuẩn sữa chua là đặc điểm quan trọng giúp chúng có thể sống sót trong sản phẩm qua thời hạn bảo quản, đồng thời giúp chúng vượt qua điều kiện acid ở dạ dày cũng như ảnh hưởng của các enzyme và muối mật ở ruột non Các chuyên gia cho rằng các sản phẩm chỉ chứa một lượng nhỏ giống khởi động hoặc các sản phẩm chỉ có hương sữa chua, không có vi khuẩn sống mà vẫn dán nhãn là sữa chua rất dễ gây nhầm lẫn cho người tiêu dùng

Do vậy, cần có luật cho tất cả các sản phẩm, bao gồm cả sữa chua, để đạt mức tối thiểu giống khởi động hoạt động [11]

Bên cạnh giá trị dinh dưỡng cao, sữa chua còn sở hữu giá trị đối kháng và chữa bệnh Các đặc điểm cảm quan có giá trị của sữa chua phụ thuộc vào lượng carbonyl chủ yếu là acetaldehyde, acetone, diacetyl và ethanol được tạo ra do giống khởi động, pH thấp của sữa chua tạo môi trường không mong muốn cho sự

phát triển của hầu hết các vi sinh vật gây thối

1.1.1 Các giá trị của sữa chua

Giá trị dinh dưỡng

Theo Hargrove và Alforrd (1980), McDonough và cộng sự (1982), sử dụng sữa chua có liên quan đến sự gia tăng hấp thu chất dinh dưỡng cho người tiêu dùng do khả năng tiêu hóa protein tăng Chất béo của sữa chua cũng tiêu hóa dễ dàng hơn phụ thuộc vào các phản ứng tiền tiêu hóa nhất định trong quá trình lên men Sữa chua cung cấp lượng protein, carbonhydrate, calcium và các vitamin B cao hơn sữa, lượng amino acid tự do của sữa chua (213,5mg/100g) cao hơn của sữa đã được acid hóa đến pH 4,6 (80mg/100g) [11]

Giá trị đối kháng

Lactobacilli có thể tạo ra các hợp chất kháng khuẩn như acidolin, acidophin,

bacteriocin Các chất này có ảnh hưởng bất lợi đến vi sinh vật gây bệnh Kilara và Shahani (1967) cho biết sữa chua chứa lactose ít hơn sữa và có hoạt tính lactase, điều này có ích cho việc tiêu hóa lactose ở ruột non Giống khởi động có tác dụng đối kháng đến vi sinh vật không mong muốn Theo Gilliland (1990), một số chất chuyển hóa cũng được tạo ra do các giống khởi động trong quá trình lên men, các

chất này có tác dụng kiềm chế các vi sinh vật ở ruột [11]

Giá trị chữa bệnh

Sự kết hợp Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium spp Với giống khởi

động làm cho sữa chua có giá trị chữa bệnh Sữa chua còn được báo cáo có tác dụng hypocholesterolaemic và tác dụng chống ung thư Ở những người thử nghiệm sử dụng lượng lớn sữa chua thì lượng cholesterol giảm Người ta mặc định rằng điều này là do một nhân tố được tạo ra hoặc được tăng cường bởi hoạt động lên men của giống khởi động Việc giảm cholesterol là do hydroxymethyl glutarate kiềm chế sự tổng hợp cholesterol trong cơ thể, vì vậy làm giảm lượng cholesterol trong cơ thể Hoạt chất chống chất gây ung thư hoặc chống ung thư được biểu lộ bởi nhiều chủng vi khuẩn sinh acid lactic Theo Gilliland (1991), hoạt tính chống ung thư được duy trì ngay cả khi xử lý nhiệt thì nó kết hợp với thành tế bào giống khởi động [11]

1.1.2 Phân loại sữa chua

Trên thị trường hiện nay, sản phẩm sữa chua rất đa dạng về chủng loại Cấu trúc và mùi vị sữa chua luôn được các nhà sản xuất thay đổi phù hợp với thị trường và thói quen sử dụng của khách hàng tại các nước khác nhau

Dựa vào giá trị dinh dưỡng, theo Tổ Chức Y Tế Thế Giới – WHO và Tổ Chức Nông Lương – FAO, sản phẩm sữa chua có thể chia thành 3 nhóm là sữa chua béo (fat yogurt) có hàm lượng chất béo trong sản phẩm không thấp hơn 3,0%; sữa chua bán gầy (partially skimmed yogurt) có hàm lượng chất béo nằm trong khoảng

0,5 - 3,0%; sữa chua gầy (skimmed yogurt) có hàm lượng chất béo không lớn hơn 0,5% [3]

Dựa vào công nghệ, sản phẩm sữa chua được phân loại bao gồm có sữa chua truyền thống (set type): sản phẩm có cấu trúc gel mịn, trong quy trình sản xuất sữa chua truyền thống, sữa nguyên liệu sau khi được xử lý, cấy giống rồi được rót vào bao bì, quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm; sữa chua dạng khuấy (stirred): khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy một phần do sự khuấy trộn cơ học, trong quy trình sản xuất sữa chua dạng khuấy, sữa nguyên liệu được xử lý và cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì, sữa chua dạng khuấy sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như sữa chua truyền thống; sữa chua uống (drinking type) hay sữa chua dạng lỏng: khối đông xuất hiện trong quá trình lên men bị phá hủy hoàn toàn, sản phẩm có dạng lỏng khi sử dụng, người tiêu dùng không cần dùng muỗng, điểm khác biệt là sau quá trình lên men, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hóa áp suất cao để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt của sản phẩm; sữa chua lạnh đông ( frozen type); sản phẩm có dạng tương tự như kem, quá trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo hỗn hợp sau khi lên men sẽ được đem đi xử lý và lạnh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm rồi bao gói; sữa chua cô đặc (concentrated yogurt): quy trình sản xuất bao gồm các công đoạn quan trọng như lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và bao gói sản phẩm, trong quá trình cô đặc, người ta tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm

Ngày nay, để đa dạng hóa hơn nữa sản phẩm sữa chua trên thị trường, người ta

có thể bổ sung thêm hương liệu, chất màu thực phẩm hoặc purée trái cây cho vào sản phẩm [3]

1.1.3 Nguyên liệu và vi sinh vật trong sản xuất sữa chua

Sữa chua có thể được sản xuất từ sữa tươi, sữa cô đặc, sữa bột dưới dạng sữa hoàn nguyên hoặc sữa tái chế Sữa tươi sử dụng trong sản xuất sữa chua phải có

chất lượng tốt

Các yêu cầu quan trọng cho nguyên liệu sữa tươi như sau:

+ Tổng số tế bào vi sinh vật trong sữa chua càng thấp càng tốt

+ Không chứa thể thực khuẩn

+ Không chứa các enzyme

+ Không chứa dư lượng hóa chất có nguồn gốc từ quá trình tẩy rửa và vệ sinh hoặc thiết bị đựng sữa [3]

Hai chỉ tiêu hóa lý quan trọng của sữa nguyên liệu là hàm lượng chất béo và hàm lượng chất khô không béo Lượng chất béo trong sữa sẽ được hiệu chỉnh nhờ quá trình chuyển hóa để phù hợp theo yêu cầu của sản phẩm Còn lượng chất khô không béo - theo quy định của WHO/FAO - không được thấp hơn 8,2% Các kết quả nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng khi ta tăng hàm lượng chất khô trong sữa nguyên liệu, đặc biệt là tăng hàm lượng casein và protein huyết thanh sữa thì sẽ làm cho cấu trúc khối đông trở nên bền và ổn định hơn, tránh được hiện tượng tách huyết thanh trong sản xuất sữa chua truyền thống [3]

Để thực hiện quá trình lên men sữa chua, người ta sử dụng nhóm vi khuẩn

lactic đồng hình Hai loài phổ biến nhất là cầu khuẩn Streptococcus thermophilus

và trực khuẩn Lactobacillus bulgaricus Một số tính chất của 2 loài này thể hiện

trong bảng 1.1

Các nhà khoa học cho rằng khi cùng nuôi cấy Streptococcus thermophilus và

Lactobacillus bulgaricus trong môi trường sữa thì hiện tượng tương tác sinh học

sẽ làm cho sự tăng trưởng của cả hai loài trở nên tốt hơn khi so sánh với trường hợp nuôi cấy từng loài trong môi trường riêng lẻ Thông thường, tỷ lệ giữa cầu khuẩn và trực khuẩn trong canh trường giống là 1:1 hoặc 2:1 Tuy nhiên, tỷ lệ này

có thể thay đổi phụ thuộc vào hoạt động của chủng sử dụng và những yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

Bảng 1.1 Một số tính chất của vi khuẩn lactic được sử dụng trong sản xuất sữa

chua

thermophilus

Lactobacillus bulgaricus

- Nhiệt độ sinh trưởng (oC)

- Sinh tổng hợp acid lactic

+ Nồng độ lactate (%) trong sữa sau 24h

lên men ở nhiệt độ tối ưu

+ Dạng đồng phân của acid lactic L (+) D (-)

tạo ra, thông qua đó tạo acid lactic Theo Hamann và Marth (1983), pH của yaourt

thương mại thường trong khoảng 3.7 - 4.3 Mặc dù Streptococcus thermophilus

hình thành nên acetaldehyde như là một sản phẩm trao đổi chất, nhưng con đường hình thành ít chủ động ở nhiệt độ lên men bình thường khi được so sánh với

Lactobacillus bulgaricus, loài tạo ra acetaldehyde tạo mùi vị đặc trưng cho sản

phẩm [15]

1.1.4 Cơ sở sinh hóa của quá trình lên men sữa chua

Bản chất của quá trình lên men sữa chua là quá trình lên men lactic đồng hình Lên men đồng hình là quá trình lên men trong đó các sản phẩm acid lactic tạo ra chiếm 90% tổng số các sản phẩm lên men và một lượng nhỏ thuộc về acid acetic, acetone, diacetyl…

Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men:

C6H12O6 2 CH3CHOHCOOH + 21,8.104 J

Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucose được chuyển hóa theo chu trình Embden-Mayerhoff, vi khuẩn sử dụng cho chu trình này tất cả các loại enzyme aldolase, còn hydro tách ra khi đề hydro hóa triozophosphate và được chuyển đến pyruvate Vì trong vi khuẩn lên men lactic đồng hình không có enzyme cacboxylase cho nên acid pyruvic không phân hủy nữa mà tiếp tục khử thành acid lactic theo sơ đồ chuyển hóa hình 1.1

Trong quá trình lên men lactic, ngoài sản phẩm acid lactic (lên men đồng hình) ethanol, trong dịch lên men xuất hiện cả trăm hợp chất hóa học khác acetaldehyde, acid acetic, acetone, diacetyl… chúng là sản phẩm trung gian hoặc là sản phẩm phụ của quá trình lên men Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp Một số hợp chất trong nhóm này thường rất dễ bay hơi Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mùi, vị đặc trưng cho sản phẩm lên men

lactic Đáng chú ý nhất là diacetyl và acetaldehyde [3]

Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, diacetyl trong môi trường sẽ tăng dần rồi sau đó sẽ giảm dần vào giai đoạn cuối, đặc biệt khi hàm lượng citrate giảm dần Một phần diacetyl sẽ được chuyển hóa thành acetoin và 2,3 butanediol Quá trình sinh tổng hợp diacetyl liên quan đến sự chuyển hóa citrate

Acetaldehyde được tổng hợp từ các sản phẩm của quá trình chuyển hóa

glucose và một số amino acid như alamine, lysine và serine Riêng Lactobacillus

bulgaricus có thể chuyển hóa threonine thành acetaldehyde nhờ enzyme threonine

aldolase

Hình 1.1 Sơ đồ chuyển hóa đường thành acid lactic

Nhiều loại vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp acetaldehyde Ngược lại,

một số chủng thuộc giống Leuconostoc lại có khả năng sử dụng và chuyển hóa

acetaldehyde Đây là hợp chất quan trọng quyết định đến mùi vị đặc trưng của các

sản phẩm lên men từ sữa như sữa chua, bơ…

Tỷ lệ hàm lượng diacetyl/ acetaldehyde ảnh hưởng lớn đến giá trị cảm quan

của sữa chua và bơ Tỷ lệ này phụ thuộc vào thành phần các chủng vi sinh vật sử

dụng trong tổ hợp giống và các thông số kỹ thuật của quá trình lên men như nhiệt

độ, pH đầu, lượng cấy giống

Glucose – 6 – phosphate

Fructose – 6 – phosphate

Fructose – 1,6 – phosphate

Acid – 1,3 – diphosphoglyceric Glucose

[3]

Phosphoglyceraldehyde Phospho dioxyaceton

Acid pyruvic

Acid lactic

1.2 Probiotic và các sản phẩm lên men từ sữa

1.2.1 Giới thiệu về probiotic

Sự quan tâm đến vai trò của probiotic đối với sức khỏe con người bắt đầu vào khoảng 1908 khi Metchnikoff đề nghị rằng mọi người nên sử dụng sữa lên men

với Lactobacilli để tăng tuổi thọ Tuy nhiên chỉ mới đây các mối tương quan giữa

các vi sinh vật đường ruột và lợi ích sức khỏe bắt đầu được hiểu rõ Hiện nay mọi người công nhận sự cân bằng lượng vi khuẩn trong đường tiêu hóa sẽ đi kèm với

sự tiêu hóa tốt và khỏe mạnh Các vi sinh vật chủ yếu liên quan đến sự cân bằng

này là Lactobacilli và Bifidobacteria Những yếu tố tích cực ảnh hưởng đến sự

tương tác giữa các chủng vi sinh vật đường ruột, như căng thẳng và chế độ ăn kiêng, dẫn đến tác động có hại cho sức khỏe Trong những năm gần đây, vi khuẩn probiotic ngày càng được tích hợp vào các loai thực phẩm làm từ sữa như là thực phẩm cho người ăn kiêng Một trong những sản phẩm làm từ sữa phổ biến nhất có

chứa các tế bào Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium bifidum còn sống

gọi là sữa chua sinh học (bio-yogurt) Số lượng vi sinh vật sống thích hợp, thường gọi là “lượng tối thiểu có giá trị chữa bệnh”, cần sử dụng thường xuyên để duy trì hiệu quả của probiotic cho người tiêu dùng Rybka và Kailasapathy (1995) cho rằng nên sử dụng hơn 100g sữa chua sinh học mỗi ngày có chứa hơn 106

sơ khai, chẳng hạn như Hippocrates và những người khác coi sữa lên men không chỉ là một sản phẩm thực phẩm mà còn là một loại thuốc Họ mô tả sữa chua trong việc trị bệnh rối loạn ở dạ dày và ruột Vào đầu thế kỷ XX, nhà vi khuẩn học người Nga, Eli Metchnikoff (Viện Pasteur, Pháp), là người đầu tiên đưa ra một lời giải thích khoa học cho các tác dụng có lợi của vi khuẩn sinh acid lactic có trong

sữa lên men Ông cho rằng sức khỏe tốt và tuổi thọ cao của người Bulgaria là do tiêu thụ một lượng lớn sữa lên men, được gọi là sữa chua Năm 1908, ông đưa ra nguyên lý “trường sinh bất tử” Nội dung chính trong lý thuyết của ông là các vi khuẩn sinh acid lactic đã xuất hiện trong quá trình đào thải các vi sinh vật có hại thường có trong ruột và làm tăng tuổi thọ Metchnikoff đã giải thích rằng do acid lactic và các sản phẩm khác được sản xuất bởi vi khuẩn sinh acid lactic trong sữa chua đã ức chế sự tăng trưởng, độc tính và bào tử của vi khuẩn kỵ khí trong ruột

già Vào năm 1899, Tissier (Viện Pasteur, Pháp), đã phân lập Bifidobacteria từ

phân của trẻ bú sữa mẹ và thấy rằng chúng là một thành phần chủ yếu của các vi

khuẩn đường ruột ở người Tissier đề nghị sử dụng Bifidobacteria sẽ thay thế các

vi khuẩn thối rửa liên quan đến chứng đầy hơi trong khi phát triển thành vi sinh đường ruột [15]

Các nghiên cứu về việc sử dụng các chủng lactic trong thực phẩm vẫn tiếp tục trong suốt thế kỷ Nhiều báo cáo kể từ đó đã mang lại kết quả khác nhau với các lợi ích của việc tiêu thụ các loại thực phẩm probiotic Nghiên cứu trước đây liên quan đến việc sử dụng sữa lên men để điều trị nhiễm trùng đường ruột Các nghiên cứu gần đây đã tập trung vào các khía cạnh khác của lợi ích sức khỏe mà còn có thể được bắt nguồn từ những sinh vật này, cũng như chọn lọc giống để đảm bảo sự tồn tại của các vi khuẩn ở đường tiêu hóa và thực phẩm mang (thực phẩm chứa probiotic)

Từ “probiotic”, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là “sự sống” và đã có nhiều định nghĩa trong quá khứ Các định nghĩa như là “các chất được sản xuất bởi nguyên sinh động vật kích thích sự tăng trưởng của các loài khác” hoặc “sinh vật

và các chất có tác dụng có lợi trên động vật chủ bằng cách góp phần cân bằng vi khuẩn đường ruột” đã được sử dụng Nhưng các định nghĩa trên là không thỏa đáng bởi vì “chất” sẽ bao gồm các hóa chất như thuốc kháng sinh Định nghĩa probiotic kể từ đó được mở rộng để nhấn mạnh tầm quan trọng của các tế bào sống như là một thành phần thiết yếu của sản phẩm probiotic Gần đây nhất, Huis in‟t

Veld và Havenaar (1991) mở rộng định nghĩa của probiotic như là một hoặc nhiều chủng vi sinh vật sống trộn với nhau, được sử dụng cho người hoặc động vật (ví

dụ như các tế bào khô hay như một sản phẩm lên men), hiệu ứng có lợi cho vật chủ bằng cách cải thiện các tính chất của các vi sinh vật đường ruột Định nghĩa này hàm ý rằng các sản phẩm probiotic, ví dụ như sữa chua sinh học, có chứa vi sinh vật sống và cải thiện tình trạng sức khỏe của vật chủ bằng cách tạo các hiệu ứng có lợi trong đường tiêu hóa [15]

Tác động có lợi từ sự tiêu thụ sữa lên men đã là một vấn đề gây tranh cãi nhiều Tuy nhiên, các nghiên cứu tiến hành từ đầu thế kỷ đã tăng cường sự hiểu biết về các tác dụng điều trị và nó được công nhận là lành mạnh Việc tiêu thụ các sản phẩm probiotic là hữu ích trong việc duy trì sức khỏe tốt, hồi phục sinh lực cơ thể và trong cuộc chiến chống bệnh đường ruột và các bệnh tật khác Nhiều bài

báo khoa học chú ý đến việc nghiên cứu sử dụng L acidophilus và

Bifidobacterium như một chủng loại dùng trong thực phẩm

Theo Hughes và Hoover (1991), vi khuẩn probiotic như Bifidobacteria,

Lactobacilli có đặc tính đối kháng Cả L acidophilus và B bifidum có khả năng

gây ức chế đối với các tác nhân gây bệnh truyền qua thực phẩm Một số nghiên cứu cho thấy có sự kiểm soát phòng ngừa các bệnh nhiễm trùng đường ruột qua

sữa có chứa L acidophilus hay B bifidum hoặc cả hai [15]

Các giá trị chữa bệnh của các probiotic có thể kể đến như:

+ Kiểm soát các vi sinh vật đường ruột bằng các cơ chế như: tạo ra các chất

ức chế hoặc kháng khuẩn như: acid hữu cơ, hydrogen peroxide, bacteriocin, kháng sinh và phân cắt các acid trong mật; hoạt động như đối kháng cạnh tranh, ví dụ: cạnh tranh khu vực sống và chất dinh dưỡng, kích thích hệ miễn dịch

+ Tăng khả năng tiêu hóa đường lactose

+ Giảm mức cholesterol trong huyết thanh

+ Hoạt tính chống ung thư

1.2.2 Lịch sử nghiên cứu probiotic

Nguồn gốc của sữa lên men đã có từ buổi bình minh của văn minh nhân loại, chúng đã được nhắc đến trong kinh thánh và những quyển sách thánh thiên của Ấn

Độ giáo Điều kiện khí hậu đảm bảo về mùi vị chuyên biệt là nền tảng cho sự phát triển của rất nhiều loại sữa chua hay sản phẩm sữa lên men truyền thống như kefir, koumiss và dahi Những sản phẩm này, nhiều loại vẫn còn tiêu thụ rộng rãi, đã được dùng cho việc chữa bệnh trước khi sự tồn tại của vi khuẩn trong chúng được phát hiện

Từ những buổi ban đầu của thế kỷ 20, chức năng chính của vi sinh vật đường ruột hoàn toàn không được biết đến Ilya Ilyich Metchnikoff, người đoạt giải thưởng Nobel Y học năm 1908, tại viện Pasteur đã liên hệ giữa sức khỏe và tuổi thọ trong sự tiêu hóa sữa chua có hiện diện của vi khuẩn Vào năm 1907, ông

khám phá ra vi khuẩn liên quan đến lên men sữa chua, Lactobacillus bulgaricus và

Streptococcus thermophilus, có thể cản được việc lên men thối rữa trong đường

ruột và việc tiêu thụ sữa chua đóng vai trò quan trọng trong duy trì sức khỏe tốt Thật vậy, ông cho rằng tuổi thọ cao của người nông dân Bungary vì họ đã dùng

sữa chua có chứa các loài Lactobacillus

Sự phát hiện Bifidobacteria trong phân su trẻ nhỏ nuôi bằng sữa mẹ bởi Tissier

(1906) cũng đóng một vai trò quan trọng cho việc thiết lập nền tảng vi khuẩn chuyên biệt đóng vai trò duy trì sức khỏe Tissier đã ghi nhận lại lâm sàng những lợi ích từ việc điều chỉnh vi sinh vật ở trẻ nhỏ với chứng nhiễm trùng đường ruột Cùng thời điểm đó, rất nhiều người đã hoài nghi về khái niệm liệu pháp vi khuẩn

và nghi vấn rằng vi khuẩn trong sữa chua như L bulgaricus có thể tồn tại được

không khi di chuyển trong ruột, dính lại và phát huy được tác dụng của chúng

Vào đầu những năm 1920, L acidophilus trong sữa đã được xác nhận là có tác

dụng điều trị đặc biệt đối với hệ tiêu hóa Người ta tin rằng sự định cư và phát triển của những vi sinh vật này trong đường ruột sẽ phát huy hiệu quả của chúng Vào những năm 1930 tại Nhật Bản, Shirota đã tập trung nghiên cứu tìm ra một

chủng để phát triển sản phẩm sữa lên men để phân phối trong các phòng khám của

ông Sản phẩm đầu tiên của ông chứa đựng L acidophilus Shirota (sau đó có tên là

L casei Shirota) là cơ sở cho sự thành lập công ty Yakult Honsha sau này [12]

Chỉ vào cuối thế kỷ 20, vi khuẩn đường ruột mới có một vài chức năng được tìm thấy như sự trao đổi chất, dinh dưỡng và bảo vệ Chức năng trao đổi chất được xem là tính chất cơ bản cho quá trình lên men của cặn tiêu hóa không tiêu hóa được và dịch nhầy nội sinh, tiết kiệm năng lượng như ở các acid mạch ngắn, sản sinh vitamin K và hấp thụ ion Chức năng dinh dưỡng là dựa vào sự điều khiển tăng sinh và biệt hóa trên tế bào biểu mô, sự phát triển và nội cân bằng của hệ thống miễn dịch Cuối cùng, chức năng bảo vệ có liên quan đến ảnh hưởng cản và chống lại mầm bệnh Lợi ích về sức khỏe được mang đến khi tiêu thụ thực phẩm

chứa đựng Lactobaccillus acidophilus, Bifidobacterium và L.casei đã được ghi nhận tốt Streptococcus thermophilus và L delbrueckii ssp bulgaricus và một

trong những chủng vi khuẩn probiotic

Những hướng dẫn về thực phẩm như thế nào là probiotic đã được ấn bản bởi FAO/WHO năm 2002 [12] Những quy định này đòi hỏi các chủng là probiotic phải có ảnh hưởng có lợi lên sức khỏe và duy trì một lượng lớn còn sống vào cuối thời hạn sử dụng của chúng Điều này phải được định rõ trong thành phần sản phẩm đã được chứng nhận lâm sang ở thời điểm cuối cùng Định nghĩa probiotic yêu cầu rằng tác động và tính an toàn probiotic đặc biệt quan tâm và vì vậy, hai tính chất này là một phần quan trọng được xét đến cho việc sử dụng ở con người

1.2.3 Ứng dụng của probiotic trong thực phẩm chức năng

Quan niệm về thực phẩm có thể phục vụ như thuốc lần đầu tiên xuất hiện đã hơn mấy ngàn năm bởi những nhà triết học Hy Lạp Hippocrates đã viết rằng hãy

để thực phẩm là sở hữu của của thuốc và thuốc là sở hữu của thực phẩm Trong thời gian gần đây, quan niệm về thực phẩm có tính thuốc đã hồi sinh với tên gọi thực phẩm chức năng Probiotic cũng được xem là thực phẩm chức năng Việc tiêu thụ vi khuẩn probiotic qua các sản phẩm thực phẩm là một cách lý tưởng để tái lập

sự cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột Sản phẩm từ sữa được xem xét đặc biệt như

là một phương tiện lý tưởng để vận chuyển vi khuẩn probiotic vào ống dạ dày – ruột ở người Chất nền sử dụng thường xuyên là phô mai, sữa chua, kem và những thực phẩm từ sữa khác Ngoài ra, trái cây, rau, đậu và ngũ cốc cũng được xem là chất mang probiotic tốt Trái cây và rau có thể được xem là chất nền tốt bởi vì chúng chứa đựng chất dinh dưỡng như chất khoáng, vitamin, xơ sợi và chất chống oxy hóa Sự phát triển của những sản phẩm nước trái cây probiotic khác nhau đã được nghiên cứu Prado và cộng sự (2008) đã miêu tả về sự đa dạng của nước giải khát probiotic không phải từ sữa

Một chủng được coi là ứng viên có giá trị để sử dụng như tác nhân hỗ trợ ăn kiêng phải tuân theo các yêu cầu nhất định Chủng đó phải là vi sinh vật cư trú trong đường tiêu hóa của người, sống sót được qua đường tiêu hóa trên với số lượng lớn, có thể gắn lên một vị trí thích hợp và có tác động có lợi khi ở trong hệ tiêu hóa Để sống sót, chủng vi sinh vật phải chịu điều kiện ở dạ dày (pH 1,0-4,0), chịu được muối mật ở ruột non, chịu được tác động của các enzyme ở hệ tiêu hóa (lysozyme) và chất chuyển hóa độc dược tạo ra qua quá trình tiêu hóa Theo Gilliland (1979), vi khuẩn sử dụng trong lên men sữa chua truyền thống,

Lactobacillus bulgaricus và Streptococus thermophilus, không thuộc hệ vi sinh vật

bản địa đường ruột, không chịu được muối mật và không thể sống sót đi đến ruột Tuy nhiên các giống vi sinh vật sữa chua truyền thống này có thể có tác động có lợi như hình thành các chất chuyển hóa từ quá trình lên men cũng như bằng hoạt động kiềm chế mầm bệnh hoặc tăng cường sự tiêu hóa lactose [15]

Vì các tiêu chuẩn trong tài liệu thường công bố rằng không ít hơn một triệu tế bào sống/ml sản phẩm probiotic phải hiện diện để chuyển tác động của probiotic đến người tiêu dùng, nên có thể mong muốn rằng chủng probiotic nhân lên nhiều lần đạt đến lượng tế bào cao trong sản phẩm đã lên men và chịu đựng được acid cao để đảm bảo lượng tế bào sống cao trong suốt quá trình bảo quản Các chủng

được lựa chọn phải có khả năng lên men sữa tương đối nhanh khi chỉ sử dụng một chủng hay kết hợp với các chủng khác [15]

Khả năng tác động đến thành phần hệ vi sinh vật đường ruột bằng cách hấp thụ

vi khuẩn probiotic một phần nào đó phụ thuộc mức độ sử dụng Speck (1978) cho rằng mật độ vi khuẩn 108 – 109CFU/g là cần thiết tại thời điểm sử dụng Vì vậy, chủng probiotic phải duy trì sức sống trong thực phẩm cho đến khi sử dụng

Một vài sản phẩm được bổ sung probiotic có chứa inulin hoặc oligofructose là

“các nhân tố bifido” (“bifidogenic factors”), cũng được gọi là prebiotic Trong khi các vi khuẩn Bifido gặp khó khăn trong việc nhân lên trong sản phẩm do nhạy cảm với oxy và chịu được acid kém thì sự bổ sung prebiotic vào thực phẩm sữa có thể mang lại kết quả hứa hẹn để đảm bảo sự hiện diện lớn vi khuẩn Bifido trong suốt thời hạn sử dụng thông thường của sản phẩm sữa Prebiotic được sử dụng bổ sung vào việc ăn kiêng của người và cung cấp thức ăn cho sự phát triển của vi khuẩn Bifido ở ruột do đó có tên “bifidogenic factor” Các prebiotic là những đường phức mà con người không thể chuyển hóa trực tiếp nhưng lại là nguồn cung cấp carbonhydrate cho hệ vi sinh đường ruột Các oligosaccharide, như là fructo-oligosaccharide, lactulose, raffinose, các đơn phân inulin, được sử dụng như

“prebiotic” hoặc “bifidogenic factor” [15]

1.3 Bifidobacterium và sữa chua probiotic

1.3.1 Giới thiệu về Bifidobacterium

Bifidobacteria là vi khuẩn Gram dương, không di động, kỵ khí bắt buộc và

được phân loại như sau:

Các đặc điểm của Bifidobacterium

Đặc điểm hình thái

Vi khuẩn Bifidobacterium không di động, không sinh bào tử, hình que với

nhiều dạng khác nhau như dạng cong, dạng móc câu, dạng hình cây gậy đánh gôn, dạng phân nhánh…và cũng thường xuyên xuất hiện ở dạng chữ “Y”

Các tế bào vi khuẩn Bifidobacteria thường đứng riêng lẻ, xếp thành cặp hoặc xếp

thành hình chữ V, kích thước tế bào vi khuẩn khoảng 0,5-1,3 µm

Hình 1.2 Hình thái vi khuẩn Bifidobacteria

Bifidobacterium có dạng hình que chẻ đôi hoặc que phân nhánh dưới điều kiện

tăng trưởng khác nhau Khi sử dụng N-Acetyl D-Glucosamine, acid aspartic, acid glutamic, serine và Ca2+ trong môi trường nuôi cấy sẽ ảnh hưởng đến hình dạng

của tế bào vi khuẩn Bifidobacteria

Tế bào Bifidobacteria không có vỏ bao và không có hệ thống tiêm mao bao

quanh Vách tế bào được cấu thành bởi 3 thành phần chính là peptidoglycan,

polysaccharide, acid lipoteichoic Peptidoglycan của vi khuẩn Bifidobacteria được

cấu tạo từ acid N-Acetylmuramic và N-Acetylglucosamine Các phân tử này kết hợp với nhau tạo thành chuỗi oligopeptide Ngoài ra, vách tế bào vi khuẩn

Bifidobacteria còn chứa nhiều polysaccharide gồm các phân tử đường glucose,

galactose, … liên kết với nhau

Đặc điểm sinh lý

Bifidobacteria cư trú trong ruột của cơ thể người và động vật Chúng đóng vai

trò quan trọng trong việc kiểm soát pH ở đường ruột và kết tràng Chúng được phát hiện từ phân trẻ sơ sinh còn bú mẹ Lượng vi khuẩn này phổ biến trong đường ruột, tính ổn định của chúng liên quan đến tuổi tác, tuổi càng lớn thì lượng

vi khuẩn càng giảm Lượng vi khuẩn Bifidobacteria trong cơ thể bị tác động nhiều

bởi các yếu tố như thức ăn, nước uống, sử dụng kháng sinh và tình trạng cơ thể

Dạng hô hấp

Bifidobacteria là vi sinh vật kỵ khí bắt buộc Tuy nhiên, tính nhạy cảm với oxy

thay đổi tùy theo loài và các giống khác nhau của mỗi loài Một số loài có thể chịu được oxy khi có sự hiện diện của CO2 Bifidobacteria có nhiều dạng hô hấp khác

nhau, bao gồm:

+ Tăng trưởng hiếu khí không có sự tích lũy H2O2: một dòng vi khuẩn B

bifidum chịu được điều kiện hiếu khí, tạo thành một lượng nhỏ H2O2 bởi quá trình oxy hóa NADH

+ Tăng trưởng giới hạn với sự tích lũy H2O2: sự tích lũy H2O2 là một độc tố đối với Enzyme fructose-6-phosphate phosphoketolase trong quá trình chuyển hóa

đường của giống Bifidobacteria

+ Tăng trưởng không có sự tích lũy của H2O2: một số dòng vi khuẩn

Bifidobacteria có mức oxy hóa khử thấp trong quá trình chuyển hóa các chất

và không tạo H2O2

Nhiệt độ

Nhiệt độ tối ưu cho sự tăng trưởng của vi khuẩn này là 33oC- 41 oC Tế bào không tăng trưởng ở nhiệt độ dưới 20 o

C và trên 46 oC Tuy nhiên, Bifidobacterium

thermacidophilus có khả năng phát triển ở nhiệt độ 49,5 oC Phần lớn các chủng có nguồn gốc từ động vật đều có khả năng phát triển ở nhiệt độ 45 oC Riêng các chủng có nguồn gốc từ người thì không có khả năng phát triển ở nhiệt độ này

 pH

pH tối ưu cho sự tăng trưởng của vi khuẩn này là 6,5- 7 Tế bào vi khuẩn

Bifidobacteria không tăng trưởng ở pH thấp hơn 4,5 và cao hơn 8,0 Ngoại trừ Bifidobacterium thermacidophilum có thể tăng trưởng ở pH 4,0 Bifidobacterium

là loài chịu được acid nhưng không phải là vi sinh vật ưa acid

Đặc điểm sinh hóa và nhu cầu dinh dưỡng

Tế bào cho phản ứng âm tính với indol, không tham gia phản ứng phân giải

Gelatin, Catalase, Oxydase và phản ứng khử nitrate Tuy nhiên, loài B indicum và

B asteroids cho phản ứng dương tính với catalase, oxydase và phản ứng khử

nitrate Tuy nhiên, loài B indicum và B asterodes cho phản ứng dương tính với

catalase khi chúng tăng trưởng được trong không khí

Hoạt tính phân giải ure hầu như chỉ được tìm thấy ở các chủng của loài B

breve, B magnum và B subtile

Bifidobacteria là vi khuẩn hóa dị dưỡng, có khả năng lên men nhiều nguồn

cacbon Sản phẩm chính của quá trình này chủ yếu là acid lactic và acid acetic với

tỷ lệ 2:3 và một số sản phẩm phụ là acid formic, ethanol, acid succinic, acid butylic…, không tạo CO2 Hầu hết các loài Bifidobacterium đều có thể chuyển hóa

được nguồn đường lactose, sucrose, galactose và giới hạn một số loài không lên

men được manitol và sorbitol Vi khuẩn Bifidobacteria có nhu cầu dinh dưỡng

phức tạp và luôn cần nhiều vitamin khác nhau Quá trình sinh trưởng và phát triển

của vi khuẩn Bifidobacteria không cần CO2, nhưng nếu môi trường có thêm CO2thì sự tăng trưởng có thể tăng lên

Hai nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự tăng trưởng của Bifidobacteria là:

+ Nhân tố tăng trưởng: threonin, dịch chiết nấm men, cystein, peptone, maltose và alpha glycerolphosphate

+ Nhân tố bifido (những cơ chất thích hợp cho sự phát triển của

Bifidobacteria): N-acetyl Glycosamine, fructo-olygosaccharide, lactulose,

lactoferrin…

Sắt và một số ion kim loại hóa trị 2 rất cần thiết cho sự tăng tưởng của nhóm vi khuẩn bifìdo Sự hiện diện của sắt có thể làm hạn chế sinh trưởng của các loài sinh

vật khác Vi khuẩn Bifidobacteria có khả năng chuyển hóa sắt từ Fe3+ thành sắt

liên kết ở bề mặt tế bào và liên quan đến quá trình sản sinh acid acetic của B

bifidum qua trung gian các Ferroenzyme

Sự phân bố của vi khuẩn Bifidobacteria

Bifidobacteria tồn tại ở cả người và động vật Sự phân bố của chúng được trình

bày cụ thể trong bảng 1.2, 1.3

Bifidobacteria còn được xem là vi sinh vật chỉ thị cho sự ô nhiễm từ phân người

và động vật Một cuộc nghiên cứu từ 75 mẫu suối bị ô nhiễm nặng ở Bologna

(Italia) cho thấy sự tồn tại tiêu biểu của B longum, B adolescentis, B

pseudocatenutalum, B catenalum, B thermophilum Riêng B globosum B angulatum, B breve, B animalis… chỉ hiện diện với số lượng thấp

Bifidobacteria cũng được xem là vi sinh vật chỉ thị sự ô nhiễm trong thịt và các

sản phâm từ thịt Sự ô nhiễm này là do con người gây ra thông qua sự vận chuyển hoặc thao tác bằng tay trên sản phẩm

Mười một loài Bifidobacteria được tìm thấy trong rác thải cống Trong đó, 5 loài

có nguồn gốc từ con người gồm B adolescentis, B angulatum, B breve, B

longum, B pseudocatenulatum và bốn loài có nguồn gốc từ động vật là B animalis, B choerinum, B pseudolongum, B thermophilum Các loài B minimum,

B subtile chỉ được tìm thấy chủ yếu trong rác thải cống.

Ngoài ra Bifidobacteria còn được phân lập từ các sản phẩm bơ sữa, kim chi và

một số sản phẩm lên men truyền thống khác [14]

Bảng 1.2 Các loài Bifidobacteria tồn tại trong hệ ruột người

Trẻ sơ sinh và người trưởng thành B bifidum, B catenulatum, B longum,

B pseudocatenulatum

Người trưởng thành B adolescentis, B angulatum, B dentium

Lỗ sâu răng B denticolens, B dentium, B inopinatum

Dạ dày tiết acid HCl B denticolens, B dentium, B inopinatum,

B infatis, B longum

[14]

Bảng 1.3 Các loài Bifidobacteria tồn tại trong hệ đường ruột động vật

Dạ cỏ bò B merycium, B ruminatium, B pseudolongum, B thermophilum, B

pseudolongum subsp Globosum, B boum

Bò con B bifidum, B breve, B infatis, B longum, B pseudolongum

Cừu con B pseudolongum, B pseudolongum subsp Globosum

Gà B gallinarum, B pullorum, B pseudolongum subsp Globosum, B

pseudolongum, B thermophilum

Ong mật B asteroids, B conryneforme, B indicum

Chuột B pseudolongum subsp Globosum, B pseudolongum, B animalis

Heo B pseudolongum subsp Globosum, B suis, B thermophilum, B

boum, B choerinum

[11]

Vai trò của Bifidobacteria

Hệ đường ruột đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển, hấp thu các chất dinh dưỡng Thành phần vi sinh vật bản địa trong đường ruột là hàng rào bảo vệ chống lại nhân tố gây hại Chính vì thế, probiotic tác động một cách trực tiếp hoặc gián tiếp đến hệ thống miễn dịch của vật chủ Hiện nay, ngoài nhóm vi khuẩn

lactic được ứng dụng sản xuất là chế phẩm probiotic, các giống Bifidobacterium

thường được kết hợp trong việc sản xuất các sản phẩm liên quan đến sữa lên men hoặc sữa bột dinh dưỡng cho trẻ em

Bifidobacterium chiếm khoảng 90% tổng số vi sinh vật có ở trẻ sơ sinh bú sữa

mẹ, số lượng Bifidobacterium giảm ở người trưởng thành, nhưng luôn chiếm số lượng 3- 6% tổng vi sinh vật trong phân Sự hiện diện của Bifidobacteria trong hệ

thống đường ruột gắn liền với lợi ích sức khỏe của vật chủ

Tăng cường hệ miễn dịch

Hoạt động của hệ vi sinh vật có lợi đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển

và kích thích hệ thống miễn dịch đường ruột Bifidobacteria được xem là phương

thức chữa bệnh bằng probiotic, giúp xây dựng và kích thích hệ thống miễn dịch để chống lại các tác nhân gây hại Các nghiên cứu cho thấy:

+ B infatis kích thích sự sinh sản cytokine để tăng cường đáp ứng miễn dịch

Cytokine là protein trung gian liên quan để tất cả các mặt của hệ điều hòa miễn dịch Khả năng tăng cường tạo cytokine phụ thuộc vào các chủng khác nhau

+ B bifidum kích thích miễn dịch cùng với sự kết hợp một số vi khuẩn lên men

lactic

+ B lactic có thể làm tăng chức năng miễn dịch tự nhiên thông qua việc bổ

sung vào chế độ ăn

+ Bifidobacteria có khả năng hoạt hóa tế bào lympho và đại thực bào, kích

thích sự tạo kháng thể

Giảm bớt triệu chứng dị ứng lactose

Triệu chứng khó tiêu lactose thường xuất hiện ở những người bị viêm ruột mãn tính và những người phẫu thuật ruột Các triệu chứng bao gồm phân lỏng, bụng sưng phù, đau bụng, buồn nôn và đầy hơi Lactose có trong sữa tươi khó được tiêu hóa hơn lactose trong các sản phẩm sữa lên men, nhờ enzyme lactase có khả năng

chuyển hóa lactose, B longum được chứng minh là có khả năng probiotic và có

tác dụng là giảm triệu chứng dị ứng lactose

Bifidobacteria làm giảm triệu chứng dị ứng lactose bằng cách trực tiếp cung

cấp β-galactosidase và gián tiếp làm giảm pH của môi trường để kích thích sự tăng trưởng của hệ vi sinh vật đường ruột nhằm tạo ra β-galactosidase

Ngăn ngừa bệnh tiêu chảy

Trong ruột già con người, các vi sinh vật cùng tồn tại trong một hệ cân bằng không thay đổi Khi hệ nội cân bằng này bị rối loạn sẽ gây ra bệnh tiêu chảy, triệu chứng thường gặp là sự viêm cấp tính Hệ vi sinh vật có ích trong đường ruột sẽ bảo vệ vật chủ tránh khỏi những tác nhân gây bệnh nhờ vào sự hình thành ranh giới màng nhầy Những vi sinh vật bản địa giúp ngăn ngừa sự hình thành tập đoàn những vi khuẩn gây bệnh bằng cách trực tiếp cạnh tranh những chất dinh dưỡng thiết yếu hoặc những vị trí trên biểu mô với những vi khuẩn gây bệnh Nhờ khả năng tạo ra những hợp chất kháng khuẩn và những acid béo bay hơi mà

Bifidobacteria có thể tạo ra môi trường không thuận lợi đối với sự tăng trưởng của

vi sinh vật gây bệnh đường ruột Bifidobacteria có thể tiết ra vài nhân tố ức chế,

có hoạt tính kìm hãm vi khuẩn gây bệnh tiềm tàng Gram âm và Gram dương

Các chế phẩm Lactobacilli và Bifidobacteria có khả năng giúp phòng ngừa bệnh tiêu chảy B longum làm giảm lượng Clostridium có khả năng giúp phòng ngừa bệnh tiêu chảy B longum làm giảm lượng Clostridium trong phân và làm giảm bệnh tiêu chảy do erythromycin gây ra Khi dùng hỗn hợp B longum và

Lactobacilli acidophilus thì sẽ làm giảm những thay đổi về sinh thái của hệ vi sinh

đường ruột do sử dụng clindamycin Khi bổ sung B bifidum và Streptococus

thermophilus vào thực phẩm có thể làm giảm tỷ lệ mắc phải bệnh tiêu chảy ở trẻ

sơ sinh

Ngăn ngừa ung thư:

Các nhà nghiên cứu đã nhận thấy ở Bifidobacteria có tính kháng đột biến và kháng ung thư Những động vật bị ung thư kết tràng khi được cho sử dụng B

longum như một chế phẩm dễ hòa tan thì có thể giảm được bệnh ung thư do sự

tăng chất azoxymethane gây ra Ngày nay, ung thư sắc tố (colorectal cancer- CRC)

là phổ biến nhất ở các nước phương Tây Việc thay đổi khẩu phần ăn hàng ngày cũng có tác dụng làm giảm nguy cơ bị ung thư Nhân tố quan trọng góp phần vào việc giảm tác nhân ung thư bằng cách sử dụng chế phẩm probiotic Sự thay đổi hệ

vi sinh đường ruột dẫn đến sự gia tăng hoạt động của các enzyme β-glucuronidase, azoreductase, urease và nitroreductase, các enzyme này biến đổi các tác nhân tiền ung thư và vì thế có thể làm gia tăng nguy cơ CRC

Cơ chế ngăn chặn đột biến có thể bao gồm một hoặc nhiều hoạt động sau: + Tăng cường đáp ứng miễn dịch của vật chủ

+ Kết nối và phân hủy trực tiếp các tác nhân gây ung thư tiềm tàng

+ Thay đổi hệ vi sinh gây ra các tác nhân ung thư

+ Thay đổi môi trường hóa lý trong kết tràng

+ Tạo ra các chất kháng ung thư

Kháng lại vi khuẩn gây bệnh

Bifidobacteria có khả năng kháng vi khuẩn gây bệnh đường ruột như vi khuẩn

gây bệnh tiêu chảy và có tính kháng với các vi sinh vật bệnh khác Nghiên cứu đã

chứng minh sự hiện diện của vi khuẩn Bifidobacteria sẽ làm giảm đáng kể số lượng Clostridium

B longum có khả năng kháng Samonella typhimurium, Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni và Bacterioides vulgatus B breve và B pseudocatenulatum có khả năng bảo vệ chuột không chết khi tiêm độc tố shiga

được sản xuất bởi E Coli O157:H7 vào cơ thể chuột

1.3.2 Sữa chua probiotic

Sữa chua probiotic là sữa chua có chứa các vi sinh vật probiotic, sự hiện diện của chúng có thể mang lại các tác động có lợi cho sức khỏe Sản phẩm tiêu biểu

như AB-yogurt, có chứa L acidophilus và Bifidobacterium cùng với các giống

khởi động của sữa chua

Quy trình sản xuất giống như với sưa chua truyền thống ngoại trừ sự kết hợp với giống probiotic Sữa đã đồng hóa, xử lý nhiệt được cấy giống khởi động ở

45oC hoặc 37oC và ủ lần lượt ở 3,5 hay 9giờ Giống probiotic có thể được thêm vào cùng lúc với giống khởi động truyền thống trước quá trình lên men hoặc sau quá trình lên men [15]

Việc phân lập các đối tượng vi sinh vật trong sữa chua probiotic để xác định số lượng ban đầu lượng probiotic trong sản phẩm, cũng như để xác định khả năng tồn tại của các probiotic trong quá trình lưu trữ trong tủ lạnh và trong chuỗi phân phối sản phẩm là thật sự cần thiết Môi trường nuôi cấy để xác định số lượng vi khuẩn khởi động trong sữa chua probiotic có thể được chia thành 3 nhóm: (a) môi trường chung cho phép tất cả các chủng có thể mọc, ví dụ là môi trường MRS thích hợp cho các vi khuẩn sinh acid lactic phát triển tốt; (b) môi trường chọn lọc cho mỗi

chủng, ví dụ môi trường NNLP agar dùng phân lập B bifidum hoặc M17 dùng phân lập Streptococcus thermophilus; (c) môi trường phân biệt sử dụng cho tất cả

các chủng trong sữa chua probiotic và qua đó phân biệt được từng chủng qua hình thái khuẩn lạc khác nhau, ví dụ như môi trường TPPYPB [15]

1.4 Bột sữa chua và phương pháp sấy phun

Bột sữa chua có giá trị dinh dưỡng và điều trị bệnh khác nhau Hoạt tính chống ung thư liên quan đến tất cả các tế bào vi khuẩn khởi động và hoạt tính này vẫn còn ngay cả sau khi sấy khô Mục tiêu chính của sấy sữa chua là để bảo vệ nó ở dạng bột có thời hạn sử dụng dài hơn và chất lượng ổn định mà không phải bảo

quản lạnh đồng thời góp phần đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm probiotic S

thermophilus thể hiện độ nhạy ít so với L bulgaricus trong quá trình đông khô

cũng như sấy phun sữa chua Sản phẩm nuôi cấy được bán với tiêu chí có lợi cho sức khỏe phải đáp ứng tiêu chuẩn về số lượng tối thiểu được đề nghị là hơn

106CFU/g vào ngày hết hạn Sữa chua đông khô có thể được lưu trữ từ 1-2 năm tại

4oC Sau 1 năm bảo quản, bột thường có chứa số lượng vi khuẩn tổng số

106CFU/g Bột sữa chua còn được sử dụng như một loại phụ gia vào các ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm [11]

Phương pháp sấy phun thường được sử dụng trong công nghiệp để sấy các sản phẩm sữa bột Sấy phun là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt Trong quá trình sấy phun, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu, chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Quá trình sấy phun gồm ba giai đoạn cơ bản sau:

+ Giai đoạn phun sương là giai đoạn phân tán dòng nhập liệu thành những hạt sương nhỏ li ti vào trong buồng sấy

+ Giai đoạn trộn nguyên vật liệu cần sấy với không khí nóng, khi đó sẽ diễn

ra quá trình bốc hơi nước vào trong nguyên vật liệu

+ Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau sấy từ dòng khí thoát ra nhờ cyclone thu hồi sản phẩm

Ưu điểm của sấy phun được thể hiện ở nhiều khía cạnh Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn, do đó nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy không tăng quá cao Nhờ đó, sự tổn thất các hợp chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ có trong mẫu là không đáng kể Sản phẩm sấy phun thu được là những hạt nhỏ có hình dạng và kích thước tương đối đồng nhất Tỷ lệ khối lượng giữa các cấu tử không bay hơi trong sản phẩm tương tự trong mẫu lỏng ban đầu Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục Điều này góp phần làm hiện đại hóa các quy trình sản xuất công nghiệp

Nhược điểm của quá trình sấy phun ở chỗ sản phẩm thu được bị giới hạn, không thể sử dụng mẫu nguyên liệu có độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm thu được

có tỷ trọng cao; mỗi thiết bị sấy phun thường được thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù riêng; vốn đầu tư thiết bị sấy phun khá lớn khi so sánh với các thiết bị sấy liên tục khác

Nhiệt độ cao trong quá trình sấy phun dễ làm mất tính chất của sản phẩm, đặc biệt các sản phẩm bột chứa probiotic, do đó các chất bảo vệ thường được sử dụng trong các trường hợp này Chất bảo vệ sử dụng trong sấy phun phải thõa mãn một vài yêu cầu Một là độ tan tốt: nếu chất bảo vệ kém tan trong nước thì chúng sẽ trong không phân bố đều trong dịch lỏng, làm cho khả năng tiếp xúc với chất nền

bị hạn chế, dẫn đến hiệu quả bảo vệ sẽ thấp Hơn nữa, độ tan kém sẽ làm nghẽn đầu phun trong quá trình phun sương Ngược lại nếu chất bảo vệ tan tốt trong nước, chúng dễ dàng hòa trộn đồng đều trong dịch lỏng, hiệu quả bảo vệ sẽ đạt được kết quả tốt hơn; Hai là khả năng tạo màng tốt: để quá trình bao gói đạt hiệu quả tốt thì chất bao phải có khả năng tạo màng tốt Nhờ vậy mà khi liên kết với chất nền, chất bao này có thể hình thành một lớp màng bao ngoài chắc chắn và bảo

vệ chất nền bên trong; Ba là khả năng tách nước tốt: trong quá trình sấy phun có giai đoạn tách nước trong các hạt được phun sương vào buồng sấy Nếu chất bao tách nước kém thì độ ẩm của bột thành phần sẽ cao do thời gian lưu trong buồng sấy rất ngắn, lúc đó các hạt thành phẩm có khuynh hướng kết dính lại với nhau ngay, dẫn đến hiện tượng chúng sẽ bám vào thành thiết bị, gây khó khăn cho quá trình thu hồi sản phẩm; Bốn là dung dịch bao trong nước có độ nhớt thấp: độ nhớt của hệ nhũ tương quyết định chất lượng bao gói của sản phẩm khi sấy phun Nếu dịch nhũ tương có độ nhớt cao sẽ gây trở ngại cho quá trình phun sương, dẫn đến các hạt thành phẩm không đồng đều về kích thước và hiệu quả bao gói thấp Các chất bao sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bao gồm các loại gum tự nhiên, cacbohydrate, sáp, protein sữa Trong đó protein sữa và gum được sử dụng nhiều

nhất, do đạt được hầu hết các yêu cầu trên nhưng chỉ có tính không tan là không tốt lắm

Một số hợp chất thường được sử dụng bảo vệ tế bào: aginate và phức hợp của aginate, tinh bột, hỗn hợp xanhthan-genlan, carrageenan và hỗn hợp, gelatin, kết hợp gelatin và aginate, cellulose acetate phethalate (CAP), chitosan, whey protein

và các hợp chất khác… Trong đó, whey protein đạt được hầu hết các yêu cầu trên

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sống của Bifidobacterium

Có một vài yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sống của Bifidobacterium trong các

sản phẩm sữa lên men gồm có pH, nồng độ acid lactic và acid acetic, hydrogen peroxide và lượng oxy hòa tan Tùy thuộc vào chủng vi sinh vật ban đầu, điều kiện lên men, nhiệt độ lưu trữ và cách thức bảo quản mà các yếu tố này tác động mạnh hay yếu [21]

Tuy nhiên, nguyên liệu lên men là yếu tố quan trọng ban đầu trong việc sản xuất và tiêu thụ probiotic Hàm lượng chất béo, loại protein, carbohydrate và pH của môi trường sẽ ảnh hưởng đến khả năng sống và tồn tại của tế bào vi sinh vật [26] Ngoài ra, tổng hàm lượng chất khô tối ưu cho quá trình lên men sữa chua là

từ 14 – 16% [3]

Bifidobacteria có khả năng tồn tại trong môi trường acid và muối mật ở đường

ruột của con người cao hơn vi khuẩn sữa chua Tuy nhiên, khi được nuôi chung đa phần dẫn đến kết quả sinh trưởng của probiotic là kém hơn khi chúng được nuôi một mình trong sữa [21]

Có thể sử dụng probiotic là tác nhân chính cho quá trình lên men nhưng có thể dẫn đến mất mùi vị đặc trưng của sữa chua [26] Trong trường hợp đó, probiotic phải được nuôi chung với giống khởi động – tác nhân chính tạo ra mùi vị đặc trưng cho sữa chua Tuy nhiên, giống khởi động lại sinh ra những chất ức chế vi sinh vật gây hại và cả probiotic Hiện tượng này liên quan đến việc sản xuất bacteriocin hoặc các chất ức chế khác như acid hữu cơ (acid lactic) và hydrogen peroxide của giống khởi động ([16], [23]) Thêm vào đó, giống khởi động tăng

trưởng nhanh hơn, độ chua tăng lên nhanh chóng và thời gian lên men ngắn hơn nhiều và kết quả là làm giảm hàm lượng chất dinh dưỡng sẵn có [23] Vì vậy, probiotic không kịp tăng trưởng đã bị ức chế Sự nhạy cảm với acid của

Bifidobacteria trong sữa chua gia tăng theo thời gian bảo quản Hầu hết các chủng Bifidobacteria đều nhạy cảm với pH dưới 4,6 [21]

Sấy phun là quá trình phù hợp nhất để tạo sản phẩm bột sữa chua bởi vì quá trình này tạo sản phẩm ổn định và chất lượng tốt Tuy nhiên, quá trình này cũng được ghi nhận là hầu hết hợp chất hương và đặc tính lưu biến của sữa chua bị mất trong quá trình sấy [11] Khi sử dụng sấy phun cho việc bảo quản probiotic hầu hết khả năng sống sót bị mất sau vài tuần bảo quản ở nhiệt độ phòng Điều này liên quan đến stress được tạo ra bởi sự thay đổi nhiệt độ, thay đổi phase và chế độ sấy, những nguyên nhân đó gây ra sự tổn thương màng tế bào và biến tính protein [6] Mật độ probiotic trong bột sấy phun sữa chua probiotic có sự thay đổi có liên quan nhiều đến nhiệt độ bảo quản [6]

Mặc dù nhiệt độ đầu vào quá trình sấy phun gia tăng có thể làm giảm số lượng

tế bào, tuy nhiên ảnh hưởng này là khá nhẹ nhàng và không có tương quan với sự khử hoạt tính Nguyên nhân là vì sự ức chế tế bào vi sinh vật là quá trình kết hợp

cả nhiệt độ và thời gian Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng sự thay đổi nhiệt độ đầu

ra sẽ làm giảm lượng vi sinh vật sau sấy phun [19]

Nhiệt độ đầu ra là thông số sấy quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng sống của vi sinh vật sau sấy phun Thông số này phụ thuộc vào nhiệt độ đầu vào, tốc độ thổi khí, tốc độ nhập liệu, thành phần môi trường và kích cỡ phun Khả năng sống của tế bào vi sinh vật cao khi nhiệt độ đầu ra thấp đã được ghi nhận tại nhiều nghiên cứu

Màng tế bào chất là phần nhạy cảm nhất khi quá trình dehydrate hóa xảy ra Cấu trúc lipid kép không bền nhiệt động [18] Bên cạnh đó, trong suốt quá trình sấy phun, tế bào tiếp xúc với một luồng không khí lớn và quá trình oxy hóa lipid cũng xảy ra

Điều kiện bao gói và bảo quản ảnh hưởng đến khả năng sống của tế bào sau

khi sấy Nhiệt độ là thông số quan trọng ảnh hưởng đến khả năng sống trong quá

trình bảo quản [19] Oxy hóa lipid của acid béo màng tế bào được xem là cơ chế giải thích cho sự chết tế bào trong quá trình bảo quản [6]

Khi sử dụng B bifidum cho sản phẩm bột sấy phun sữa chua probiotic điều đặc

biệt quan tâm là lượng oxy hòa tan trong sản phẩm là càng thấp càng tốt và tốt nhất là không có Vì chính lượng oxy hòa tan này là nguyên nhân sinh ra lượng hydrogen peroxide càng lớn và là nguyên nhân gây chết vi khuẩn này trong sản phẩm

1.6 Các biện pháp cải thiện khả năng sống của Bifidobacterium

1.6.1 Tương tác sinh học

Vi khuẩn sữa chua tăng trưởng nhanh hơn vi khuẩn probiotic trong suốt quá trình lên men, sản phẩm acid hữu cơ ức chế và làm giảm số lượng tế bào vi khuẩn probiotic Vì thế quá trình lên men sữa chua có 2 giai đoạn cần nghiên cứu [13] Giai đoạn đầu lên men bởi vi khuẩn probiotic trong 2giờ, thời gian này cho phép

vi khuẩn probiotic tiến tới cuối pha thích nghi hoặc đầu pha tăng trưởng [23] Từ

số lượng vi khuẩn probiotic ban đầu khi áp dụng quá trình này có thể tăng từ 4 đến

5 lần trong sản phẩm cuối cùng Số lượng tế bào probiotic sau 6 tuần bảo quản lớn

107 CFU/g [23]

Trong những vi khuẩn lactic, giống khởi động Streptococcus có hoạt tính

lactase cao nhất Lactase hay β-D-galactosidase (β-gal) là một enzyme nội bào và

tế bào vi sinh vật nguyên vẹn giải phóng một lượng rất nhỏ lactase ra ngoài

Enzyme này khi được giải phóng ra vào trong sữa sẽ thủy phân lactose ra thành

glucose và galactose, có thể được sử dụng bởi L acidophilus và Bifidobacterium

spp Giống khởi động bị tổn thương cũng giảm lượng tế bào sống tổng số và vì vậy giảm lượng hydrogen peroxide được sản xuất bởi chúng cũng giảm [24]

Mật độ tế bào sống giống khởi động giảm 2 log và vi khuẩn probiotic tăng 1 -

2 log trong sữa chua làm từ tế bào giống khởi động bị tổn thương và tế bào

probiotic nguyên vẹn Việc gây tổn thương tế bào giống khởi động giúp giải phóng ra lượng enzyme β – gal cao, đồng thời giảm lượng hydrogen peroxide trong quá trình lên men, kết quả làm tăng cao lượng tế bào sống vi khuẩn probiotic Bên cạnh đó, điều đáng chú ý là lượng acetaldehyde được tạo ra là bằng nhau ở cả tế bào giống khởi động bị tổn thương và nguyên vẹn [24]

1.6.2 Đáp ứng stress

Bản thân quá trình lên men sữa chua cũng có thể được xem là quá trình đáp ứng với acid [17] Bên cạnh đó, canh trường vi sinh vật ở pha cân bằng có khả năng chịu đựng cao với nhiều loại stress khác nhau hơn ở pha tăng trưởng, bởi vì tại pha cân bằng đã khan hiếm nguồn cacbon và nguồn thức ăn sẵn có giảm dần gây ra sự thích ứng stress trước khi sấy phun [18]

1.6.3 Bổ sung cơ chất hỗ trợ

Gần đây, những nhà nghiên cứu đã tập trung vào những thành phần tự nhiên như fructooligosaccharide (FOS) và whey protein concentrate (WPC) là những chất thay thế béo và kích thích tăng trưởng vi khuẩn probiotic Việc bổ sung FOS

và WPC được chứng minh là tăng cường khả năng sống của vi khuẩn probiotic [9] FOS được tìm thấy là prebiotic có hiệu quả nhất trong việc duy trì khả năng sống của probiotic trong sữa chua Tuy nhiên, khi sữa chua được sấy thăng hoa, thì việc bổ sung này dường như làm giảm khả năng sống của probiotic [20]

Prebiotic được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia là inulin và oligofructose Oligofructose có giá trị năng lượng thấp hơn các carbonhydrate khác vì liên kết điển hình là β (12) Liên kết này không bị phân hủy bởi enzyme trong đường ruột của con người [22] Theo cách đó, chúng có thể đi qua miệng, bao tử và ruột non mà không bị phân hủy Chúng ngăn cản sự phát triển của các vi sinh vật gây hại bởi việc giảm pH do hình thành các acid béo mạch ngắn như acid acetic, propionic, pyruvic tại thời điểm cuối của quá trình lên men Chúng cũng làm giảm lượng triglyceride và cholesterol trong máu [10]

Khi bổ sung oligofructose không nhận thấy có sự khác biệt đáng chú ý về thành phần hóa học so với mẫu đối chứng Tuy nhiên, cấu trúc và giá trị acid hữu

cơ tạo ra thì có khác biệt quan trọng Điểm cảm quan của mẫu đối chứng là cao hơn so với những mẫu sữa chua khác Tuy nhiên điểm cảm quan đối với những mẫu có bổ sung FOS là chấp nhận được [22]

Shin, Lee, Pestka và Ustunol (2000) tìm thấy rằng khả năng sống của

Bifidobacterium spp trong sữa gầy được cải thiện 55,7% sau 4 tuần ở điều kiện

bảo quản lạnh khi được bổ sung FOS

Việc bổ sung thêm một vài cơ chất như whey protein có thể nâng cao khả năng sống của một vài probiotic [26]

Khả năng kích thích tăng trưởng của WPC có thể do hàm lượng whey protein trong nó [5] Whey protein với khối lượng phân tử lớn sẽ được cắt nhỏ bởi enzyme

và các yếu tố tăng trưởng được hình thành [5] WPC chứa một lượng peptide và amino acid sẵn có đáp ứng kịp thời nhu cầu tăng trưởng của vi khuẩn probiotic WPC cũng cung cấp nguồn peptide và amino acid khi hỗn hợp sữa chua bị xử lý bởi nhiệt độ Whey protein có lượng amino acid chứa lưu huỳnh nhiều Các amino acid này sẽ được giải phóng bởi nhiệt làm giảm xuống khả năng oxy hóa khử ([9], [23]) Thêm vào đó, WPC nâng cao khả năng sống do chính protein trong nó và hàm lượng phosphate nâng cao khả năng vận chuyển probiotic của sữa chua

WPC cải thiện cấu trúc, khả năng giữ nước, khả năng vận chuyển và thời gian lên men khi so sánh với sữa chua chỉ làm từ sữa gầy [7]

Dave và Shah (1998) và Bhullar cùng cộng sự (2002) nhận định rằng khi bổ sung WPC sẽ tăng độ ổn định, độ nhớt và mùi vị của sữa chua Việc bổ sung WPC

duy trì tỷ lệ sống sót của B bifidum mà không ảnh hưởng đến độ chấp nhận cảm

quan tổng thể của sữa chua probiotic tại 4oC trong thời gian bảo quản ít nhất 4 tuần [8]