Tài liệu Thử nghiệm tạo chế phẩm synbiotic từ chủng lactobacillus fermentum bằng phương pháp sấy phun và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------- NGUYỄN THẢO HẠ VY THỬ NGHIỆM TẠO CHẾ PHẨM SYNBIOTIC TỪ CHỦNG LACTOBACILLUS FERMENTUM BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẤY PHUN VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Mã số: 60420201 Mã học viên: 13310323 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM Công trình đƣợc hoàn thành tại: - Phòng BioLab 108B2, Bộ môn Công nghệ Sinh học, Trƣờng Đại học Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh. Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THÚY HƢƠNG TS. NGUYỄN THỊ BÍCH HỒNG Cán bộ chấm nhận xét 1: Cán bộ chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM, ngày 08 tháng 08 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch: 2. Phản biện 1: 3. Phản biện 2: 4. Ủy viên: 5. Thƣ ký: Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thảo Hạ Vy MSHV: 13310323 Ngày, tháng, năm sinh: 27/10/1985 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60420201 I. TÊN ĐỀ TÀI: “Thử nghiệm tạo chế phẩm synbiotic từ chủng Lactobacilus fermentum bằng phƣơng pháp sấy phun và ứng dụng” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát một số đặc điểm của vi khuẩn L.fermentum: đặc tính sinh học, hoạt tính probiotic. - Khảo sát ảnh hƣởng của prebiotic đến tỉ lệ sống của vi khuẩn probiotic. - Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ, lƣu lƣợng trong quá trình sấy phun tạo chế phẩm synbiotic. - Vi gói bằng phƣơng pháp sấy phun. - Thử nghiệm tạo sản phẩm kẹo dẻo synbiotic. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/6/2015 IV. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN THÚY HƢƠNG TS. NGUYỄN THỊ BÍCH HỒNG Tp. HCM, ngày tháng CÁN BỘ HƢỚNG DẪN năm 2015 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Luận văn Thạc sĩ Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, con xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến Ba Mẹ, ngƣời đã nuôi dƣỡng, chăm sóc và dạy dỗ con nên ngƣời. Cảm ơn Ba Mẹ và những ngƣời thân yêu đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện cho con học tập và luôn bên cạnh con trong suốt thời gian qua. Bên cạnh đó, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thúy Hƣơng đã hết lòng hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ em về chuyên môn cũng nhƣ tinh thần. Qua những kiến thức cô truyền đạt, những lời góp ý chân tình cùng tâm huyết của một ngƣời thầy đã giúp em nói riêng, tập thể lớp Cao học khoá 2013 nói chung trƣởng thành hơn và có đƣợc thành công nhƣ ngày hôm nay. Xin cám ơn sự giúp đỡ của ThS. Nguyễn Thị Mỹ Lệ đã giúp đỡ em tận tình trong thời gian em thực hiện đề tài. Hơn thế nữa, sự thành công của đề tài không thể thiếu sự giúp sức của các Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ sinh học, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về trang thiết bị và giờ làm việc phù hợp nhất cho chúng em. Xin cám ơn các em Dũng, Trung – lớp Công nghệ Sinh học khóa 2009, em Trầm Hƣơng, Thiên Hƣơng - lớp Công nghệ Sinh học khoá 2013 đã nhiệt tình hỗ trợ chị trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài này. Trân trọng. TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2015 Nguyễn Thảo Hạ Vy i Luận văn Thạc sĩ Tóm tắt TÓM TẮT Thử nghiệm tạo chế phẩm synbiotic từ chủng Lactobacilus fermentum bằng phƣơng pháp sấy phun và ứng dụng Học viên thực hiện : Nguyễn Thảo Hạ Vy Giảng viên hƣớng dẫn : PGS.TS. Nguyễn Thúy Hƣơng TS. Nguyễn Thị Bích Hồng Bao gói vi khuẩn probiotic bằng vật liệu vi gói là whey protein và prebiotic đƣợc bổ sung trong quá trình tạo chế phẩm synbiotic nhằm bảo toàn và cải thiện khả năng sống của vi khuẩn probiotic vƣợt qua điều kiện cực đoan của hệ tiêu hóa (pH thấp của dạ dày, muối mật ở ruột non...). Tạo chế phẩm synbiotic từ chủng L.fermentum bằng phƣơng pháp sấy phun và thử nghiệm ứng dụng tạo kẹo d o synbiotic là mục tiêu của đề tài này. Với tỷ lệ bổ sung chế phẩm bột synbiotic là 1% vào kẹo d o đã tạo sản phẩm kẹo d o synbiotic có mật độ khoảng 108 (CFU/g) và không làm ảnh hƣởng chất lƣợng cảm quan của sản phẩm. ABSTRACT Text create synbiotic preparation from Lactobacilus fermentum by spray drying methods and applications. Student’s name : Nguyen Thao Ha Vy Supervisor : Associate Professor Dr. Nguyen Thuy Huong Dr. Nguyen Thi Bich Hong Probiotic microencapsulation by capsulation materials which are whey protein and prebiotic, is added for process to create synbiotic preparation and improve viability of probiotic barteria when they overcome extreme conditions such as digestive tract (low pH and bile salts). To create synbiotic preparation from L.fermentum strain by spray drying method and application test to create synbiotic marshmallow is goal of this topic. With rate add synbiotic power is 1 percent to marshmallow created marshmallow production have density about 108 (CFU/g) and not affective to perceptible quality of production. ii Luận văn Thạc sĩ Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chƣa có ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi trích dẫn trong luận văn đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Nguyễn Thảo Hạ Vy iii Luận văn Thạc sĩ Mục lục MỤC LỤC TÓM TẮT .................................................................................................................II CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................1 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .....................................................................................2 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................3 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN ......................................................................................4 2.1. PROBIOTIC .........................................................................................................4 2.1.1. Lịch sử ........................................................................................................4 2.1.2. Khái niệm Probiotic....................................................................................5 2.1.3. Vai trò .........................................................................................................5 2.2. PREBIOTIC VÀ SYNBIOTIC .................................................................................8 2.3. VI KHUẨN LACTOBACILLUS FERMENTUM..........................................................11 2.3.1. Đặc điểm...................................................................................................11 2.3.2. Vai trò .......................................................................................................11 2.4. VI GÓI PROBIOTIC ............................................................................................ 12 2.4.1. Vật liệu vi gói ...........................................................................................13 2.4.2. Các phƣơng pháp vi gói ...........................................................................14 2.4.2.1. Phƣơng pháp nhũ hóa ........................................................................14 2.4.2.2. Phƣơng pháp nhỏ giọt ........................................................................16 2.4.2.3. Phƣơng pháp sấy phun (spray – drying) ............................................17 2.4.3. Ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp vi gói............................................19 2.5. KẸO SYNBIOTIC ............................................................................................... 21 2.6. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC......................................................22 2.6.1. Nghiên cứu trong nƣớc .............................................................................22 2.6.2. Nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................................23 CHƢƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ....................................................26 3.1. ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.....................................................26 3.2. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ ......................................................................................26 iv Luận văn Thạc sĩ Mục lục 3.3. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ MÔI TRƢỜNG .............................................26 3.3.1. Nguyên vật liệu ........................................................................................26 3.3.2. Hóa chất, môi trƣờng ................................................................................27 3.3.2.1. Hóa chất ............................................................................................. 27 3.3.2.2. Môi trƣờng .........................................................................................27 3.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................28 3.4.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát ......................................................................28 3.4.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm .................................................................29 3.4.2.1. Khảo sát một số đặc tính sinh học của vi khuẩn L.fermentum ..........29 3.4.2.2. Khảo sát một số đặc điểm và hoạt tính probiotic của vi khuẩn L.fermentum ....................................................................................................29 3.4.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của các loại prebiotic FOS, GOS, Inulin đến tỉ lệ sống của L.fermentum trong điều kiện lên men ..............................................31 3.4.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của lƣu lƣợng dòng vào, nhiệt độ sấy phun đến tỉ lệ sống của vi khuẩn probiotic ........................................................................32 3.4.2.5. Vi gói chế phẩm synbiotic bằng phƣơng pháp sấy phun ...................33 3.4.2.6. Khảo sát một số đặc điểm và hoạt tính L.fermentum sau khi vi gói bằng phƣơng pháp sấy phun ...........................................................................34 3.4.2.7. Thử nghiệm ứng dụng ........................................................................35 3.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ........................................................................37 3.5.1. Vi sinh ......................................................................................................37 3.5.1.1. Quan sát hình thái đại thể và vi thể bằng phƣơng pháp nhuộm Gram .........................................................................................................................37 3.5.1.2. Phƣơng pháp xác định số lƣợng vi khuẩn ..........................................37 3.5.1.3. Phƣơng pháp xác định đƣờng cong tăng trƣởng của vi sinh vật .......38 3.5.1.4. Phƣơng pháp kiểm tra khả năng sống của probiotic trong môi trƣờng pH 2 .................................................................................................................38 3.5.1.5. Phƣơng pháp kiểm tra khả năng sống của probiotic trong môi trƣờng muối mật 0,3% ................................................................................................ 38 3.5.1.6. Phƣơng pháp tính hiệu suất vi gói .....................................................39 3.5.2. Xác định giá trị pH ...................................................................................39 v Luận văn Thạc sĩ Mục lục 3.5.3. Phƣơng pháp đánh giá cảm quan.............................................................. 39 3.5.4. Phƣơng pháp thống kê và xử lý số liệu ....................................................39 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................. 40 4.1. KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH SINH HỌC CỦA VI KHUẨN L.FERMENTUM...........40 4.1.1. Quan sát hình thái đại thể và vi thể ..........................................................40 4.1.2. Khảo sát đƣờng cong sinh trƣởng của L.fermentum ................................ 40 4.2. KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VÀ HOẠT TÍNH PROBIOTIC CỦA VI KHUẨN L.FERMENTUM.........................................................................................................42 4.2.1. Khảo sát khả năng thích ứng pH thấp của L.fermentum ..........................42 4.2.2. Khảo sát khả năng chịu muối mật của L.fermentum ................................ 43 4.2.3. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của L. fermentum ..................................44 4.3. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC LOẠI PREBIOTIC FOS, GOS, INULIN ĐẾN TỈ LỆ SỐNG CỦA L.FERMENTUM TRONG ĐIỀU KIỆN LÊN MEN ...................................... 46 4.4. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA LƢU LƢỢNG DÒNG VÀO, NHIỆT ĐỘ SẤY PHUN ĐẾN TỈ LỆ SỐNG CỦA VI KHUẨN PROBIOTIC .................................................................... 47 4.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của lƣu lƣợng dòng vào của dịch huyền phù đến tỉ lệ sống của vi khuẩn L.fermentum ..........................................................................47 4.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy phun đến tỉ lệ sống của vi khuẩn L.fermentum ........................................................................................................48 4.5. VI GÓI CHẾ PHẨM SYNBIOTIC BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẤY PHUN ........................50 4.5.1. Khảo sát đặc điểm cấu trúc hạt vi gói, hiệu suất vi gói ............................ 50 4.5.2. Khảo sát một số đặc điểm và hoạt tính L.fermentum sau khi vi gói bằng phƣơng pháp sấy phun........................................................................................52 4.6. THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG .................................................................................55 4.6.1. Khảo sát mật độ sống của tế bào vi khuẩn L.fermentum trong thời gian bảo quản sản phẩm kẹo d o synbiotic ................................................................ 55 4.6.2. Đánh giá cảm quan sản phẩm kẹo d o synbiotic .....................................56 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................58 5.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................58 5.2. KIẾN NGHỊ .......................................................................................................58 vi Luận văn Thạc sĩ Mục lục TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59 PHỤ LỤC .................................................................................................................67 vii Luận văn Thạc sĩ Danh mục bảng DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Ƣu và nhƣợc điểm 3 phƣơng pháp vi gói ................................................ 21 Bảng 3.1. Môi trƣờng sử dụng trong nghiên cứu ...................................................... 27 Bảng 4.1. Khả năng kháng khuẩn của L.fermentum dạng tự do ............................... 45 Bảng 4.2. Ảnh hƣởng của prebiotic đến mật độ L.fermentum .................................. 46 Bảng 4.3. Tƣơng quan giữa lƣu lƣợng dịch phun và các chỉ tiêu thí nghiệm........... 47 Bảng 4.4. Tƣơng quan giữa nhiệt độ sấy phun và các chỉ tiêu thí nghiệm ............... 48 Bảng 4.5. Hiệu suất vi gói của chế phẩm .................................................................. 52 Bảng 4.6. Khả năng kháng khuẩn của L.fermentum dạng vi gói .............................. 54 Bảng 4.7. Kết quả đánh giá cảm quan phép thử tam giác ......................................... 56 viii Luận văn Thạc sĩ Danh mục hình DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Cấu tạo hạt bao vi gói ...............................................................................13 Hình 2.2. Sơ đồ trình bày các bƣớc nhũ hóa ............................................................ 16 Hình 2.3. Các bƣớc tạo vi bao gói tế bào bằng phƣơng pháp nhỏ giọt ....................17 Hình 2.4. Sơ đồ vi bao gói bằng phƣơng pháp sấy phun .........................................18 Hình 2.5. Một số sản phẩm kẹo probiotic trên thị trƣờng .........................................22 Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát.......................................................................28 Hình 3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tạo chế phẩm vi gói .............................................34 Hình 3.3. Sơ đồ tạo kẹo d o synbiotic ......................................................................36 Hình 4.1. Hình dạng đại thể (a) và vi thể (b) của vi khuẩn L.fermentum .................40 Hình 4.2. Đƣờng cong sinh trƣởng của vi khuẩn L.fermentum ................................ 41 Hình 4.3. Khả năng sống sót của L.fermentum trong môi trƣờng pH khác nhau theo thời gian .....................................................................................................................42 Hình 4.4. Khả năng sống sót của L.fermentum trong môi trƣờng muối mật theo thời gian .....................................................................................................................44 Hình 4.5. Khả năng kháng khuẩn của L.fermentum dạng tự do ................................ 46 Hình 4.6. (a) Chế phẩm vi gói, (b) Hạt vi gói đƣợc chụp bằng SEM ở độ phóng đại 10.000 lần, (c)Kích thƣớc hạt vi gói .........................................................................51 Hình 4.7. Biểu đồ thể hiện mật độ L.fermentum sau vi gói trong môi trƣờng pH 2 ...........................................................................................................................53 Hình 4.8. Biểu đồ thể hiện mật độ L.fermentum sau vi gói trong môi trƣờng muối mật 0,3%....................................................................................................................54 Hình 4.9. Khả năng kháng khuẩn của L.fermentum dạng vi gói ............................... 55 Hình 4.10. Đồ thị thể hiện khả năng sống sót của vi khuẩn L.fermentum trong các giai đoạn bảo quản sản phẩm ....................................................................................56 Hình 4.11. Sản phẩm kẹo synbiotic ..........................................................................57 ix Luận văn Thạc sĩ Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CFU Colony Forming Unit FAO Food and Agriculture Organization WHO World Health Organization MRS deMan, Rogosa and Sharpe SEM Scanning Electron Microscope GOS Galactooligosaccharide FOS Fructooligosaccharide x Luận văn Thạc sĩ Mở đầu CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay, khi đời sống con ngƣời ngày càng phát triển, nhu cầu sử dụng thực phẩm an toàn và giúp duy trì sức khỏe đƣợc quan tâm ngày càng nhiều. Probiotic là một trong những dòng thực phẩm chức năng có nguồn gốc tự nhiên đang là xu hƣớng quan tâm của ngƣời tiêu d ng, nhà nghiên cứu và nhà sản xuất. Probiotic là những vi sinh vật có lợi cho sức khỏe của con ngƣời nhƣ hỗ trợ việc tiêu hóa thức ăn đƣợc tốt hơn và giảm sự rối loạn trong hệ đƣờng ruột, cải thiện sự dung nạp lactose, cải thiện chức năng miễn dịch, ngăn chặn các chứng viêm nhiễm, giảm cholesterol, ức chế các vi khuẩn gây hại trong ruột. Thuật ngữ probiotic đƣợc Parker đề nghị sử dụng lần đầu tiên vào năm 1974 để chỉ những vi sinh vật sống hữu ích nhằm cải thiện sự cân bằng hệ vi sinh vật đƣờng ruột theo hƣớng có lợi cho vật chủ (Fuller, 1989). Có nhiều báo cáo cho thấy, những sản phẩm có chứa vi khuẩn probiotic dạng tự do sau khi qua hệ tiêu hóa thì mật độ của vi khuẩn probiotic còn rất thấp khả năng tồn tại và hoạt tính probiotic của chúng lại có xu hƣớng giảm mạnh [32]. Đây là những hạn chế của các sản phẩm có bổ sung probiotic dạng tự do khi qua hệ tiêu hóa. Để phát huy đƣợc các công dụng hữu ích của những vi sinh vật sống có hoạt tính probiotic, các vi sinh vật phải hiện diện với số lƣợng sống thích hợp từ khi sản xuất cho đến khi tới tay ngƣời tiêu dùng và duy trì khả năng tồn tại cao trong suốt quá trình tiêu hóa của ngƣời. Phƣơng pháp vi gói để bảo vệ tế bào vi khuẩn đã có kết quả lớn về tăng cƣờng khả năng sống của những vi sinh vật trong sản phẩm thực phẩm cũng nhƣ trong hệ tiêu hóa. Vi gói đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay giúp tế bào vi sinh vật cách ly với môi trƣờng xung quanh, làm giảm sự tổn thƣơng cũng nhƣ sự tổn thất số lƣợng tế bào, tế bào sẽ đƣợc bảo vệ tốt hơn trong các môi trƣờng cực đoan nhƣ pH thấp, muối mật, sốc nhiệt,...và nâng cao hoạt tính probiotic. Ngoài ra, vi gói còn cải thiện khả năng tồn tại của probiotic giúp ổn định, tăng giá trị về mặt cảm quan cho sản phẩm. Nhằm tăng khả năng tồn tại của vi khuẩn probiotic trong điều kiện cực đoan, sự kết hợp probiotic với prebiotic cải thiện sự sống sót của 1 Luận văn Thạc sĩ Mở đầu chủng lợi khuẩn khi qua hệ dạ dày và ruột non, gia tăng hiệu quả của chủng probiotic trong ruột già. Hơn nữa, prebiotic còn giúp chủng probiotic sống lâu hơn trong hệ tiêu hóa để hiệu quả có lợi đƣợc tối ƣu hơn. Prebiotic là các thành phần thực phẩm không tiêu hoá đƣợc chủ yếu là oligosaccharide, có tác dụng kích thích sự phát triển và hoạt động một số loài vi khuẩn có lợi cho sức kho đồng thời ức chế một số loài vi khuẩn khác trong ruột kết (ruột già) góp phần tăng cƣờng sức kho cải thiện hệ tiêu hóa cho vật chủ. Các oligosaccharide này không đƣợc thủy phân trong ruột non nên còn đƣợc gọi là chất xơ trong khẩu phần ăn [49]. Các sản phẩm probiotic đƣợc sử dụng nhƣ chất hoạt hoá tăng cƣờng nhờ có khả năng đồng hoá lactose, kháng khối u và làm giảm cholesterol. Những yêu cầu đặt ra đối với chủng probiotic dùng cho sản xuất thực phẩm chức năng nhƣ: những vi sinh vật phải tồn tại trong điều kiện cực đoan trong ruột non, hỗ trợ các chức năng về tiêu hóa và miễn dịch và chúng phải đƣợc chứng minh là an toàn khi sử dụng. Lactobacillus fermentum là vi khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn probiotic, L.fermentum có khả năng chịu axit, khả năng chịu nhiệt cao hơn các vi khuẩn lactic khác [51]. Các hoạt chất bacteriocin và các chất khác tƣơng tự bacteriocin đƣợc sinh ra từ chủng L.fermentum có vai trò nhƣ một kháng sinh nhằm làm giảm nguy cơ nhiễm tr ng đƣờng ruột [48]. Nhóm nghiên cứu của Nguyễn Thị Mỹ Lệ và cộng sự (2014) đã tiến hành nghiên cứu đặc tính probiotic của Lactobacilus phân lập từ các loại thực phẩm lên men truyền thống ở Việt Nam đã sàng lọc 48 chủng lactobacilli. Trong các thử nghiệm kháng khuẩn chủng Lactobacillus fermentum 39-183 có khả năng kháng khuẩn mạnh [55]. Để bảo toàn, cải thiện khả năng sống và đa dạng hóa các dòng sản phẩm probiotic, chúng tôi thực hiện đề tài “Thử nghiệm tạo chế phẩm synbiotic từ chủng Lactobacilus fermentum bằng phƣơng pháp sấy phun và ứng dụng”. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Tạo chế phẩm synbiotic từ chủng L.fermentum bằng phƣơng pháp sấy phun và thử nghiệm ứng dụng tạo kẹo d o synbiotic. 2 Luận văn Thạc sĩ Mở đầu 1.3. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát một số đặc điểm của vi khuẩn L.fermentum: đặc tính sinh học, hoạt tính probiotic. - Khảo sát ảnh hƣởng của prebiotic đến tỉ lệ sống của vi khuẩn probiotic. - Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ, lƣu lƣợng trong quá trình sấy phun tạo chế phẩm synbiotic. - Vi gói bằng phƣơng pháp sấy phun. - Thử nghiệm tạo sản phẩm kẹo d o synbiotic. 3 Luận văn Thạc sĩ Tổng quan CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1. Probiotic 2.1.1. Lịch sử Một sự giải thích khoa học cho ảnh hƣởng có lợi của các vi khuẩn lactic có trong sữa lên men đƣợc cung cấp lần đầu tiên vào năm 1907 bởi ngƣời đoạt Giải Nobel, nhà sinh lý học ngƣời Nga, Eli Metchnikoff. Trong bài thảo luận xuất sắc của ông "Việc kéo dài cuộc sống", Metchnikoff đã tuyên bố rằng sự phụ thuộc của hệ vi sinh vật trong ruột đối với thực phẩm làm cho nó có khả năng chấp nhận biện pháp thay đổi hệ vi sinh vật trong ngƣời của chúng ta, tức là thay thế vi sinh vật có hại bởi vi sinh vật hữu ích (Metchnikoff, 1907). Cũng vào thời điểm đó, Henry Tissier, một bác sĩ khoa nhi ngƣời Pháp, đã quan sát trong phân những đứa tr bị tiêu chảy có một số lƣợng ít vi khuẩn lạ, hình Y, là những vi khuẩn “bifid” ngƣợc lại chiếm số lƣợng lớn trong những đứa tr khỏe mạnh. Ông cho rằng những vi khuẩn này có khả năng chống lại bệnh tiêu chảy giúp khôi phục hệ thống vi sinh vật đƣờng ruột khỏe mạnh. Năm 1965 thuật ngữ “probiotic” đã đƣợc sử dụng đầu tiên bởi Lily và Stillwell để mô tả “những cơ chất” đƣợc tiết ra bởi một vi sinh vật kích thích sự phát triển của những vi sinh vật khác. Năm 1975, Parker cho rằng probiotic là những vi sinh vật và những cơ chất mà giúp cân bằng hệ vi khuẩn đƣờng ruột. Năm 1989, Fuller cho rằng probiotic là những chất bổ sung thực phẩm chứa vi khuẩn sống ảnh hƣởng có lợi cho sức kho nhờ cải thiện sự cân bằng hệ vi khuẩn đƣờng ruột. Nghiên cứu về việc sử dụng vi khuẩn lactic trong chế độ ăn uống đã đƣợc tiếp tục suốt cả thế kỷ vừa qua. Trong khi công việc ở giai đoạn trƣớc của thế kỷ là đề cập đến việc sử dụng sữa lên men để điều trị bệnh lây nhiễm đƣờng ruột, các nghiên cứu gần đây đã tập trung vào lợi ích sức khỏe khác của các vi sinh vật này cũng nhƣ về việc bảo đảm sự sống sót của các vi khuẩn này khi ở trong vùng dạ 4 Luận văn Thạc sĩ Tổng quan dày-ruột và các loại thực phẩm để vận chuyển chúng vào trong cơ thể con ngƣời [11]. Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO, 2001), probiotic là “các vi sinh vật sống khi đƣa vào cơ thể theo đƣờng tiêu hoá với một số lƣợng đủ sẽ đem lại sức kho tốt cho vật chủ”. 2.1.2. Khái niệm Probiotic Có thể định nghĩa probiotic nhƣ sau: “Probiotic là một hay hỗn hợp nhiều vi khuẩn mà khi cung cấp cho ngƣời hay động vật thì mang lại những hiệu quả có lợi cho vật chủ bằng cách tăng cƣờng các đặc tính của vi sinh vật trong hệ tiêu hóa”. Đặc điểm cơ bản probiotic: probiotic là những vi sinh vật sống. Khi các probiotic đƣợc cung cấp với liều lƣợng thích hợp thì mang lại những hiệu quả mong muốn. Vi khuẩn ở dạng probiotic có hoạt tính sinh học cao, an toàn, là nguồn vi sinh vật hữu ích, duy trì trạng thái cân bằng của khu hệ vi sinh vật đƣờng ruột, chúng tạo thành khu hệ vi sinh vật, cản trở sự phát triển của một số vi sinh vật gây bệnh, cung cấp cho cơ thể một số chất có lợi, ảnh hƣởng tốt đến hệ miễn dịch. 2.1.3. Vai trò Thủy phân lactose và tăng sự hấp thu lactose Trong suốt quá trình lên men vi khuẩn lactic sinh lactase để thủy phân lactose thành glucose và galactose. Vi khuẩn đƣờng ruột giúp chuyển hóa hầu hết lƣợng đƣờng lactose trong ruột non [42]. Để cải thiện vấn đề kém tiêu hóa và không dung nạp lactose ngƣời ta chứng minh đƣợc rằng nên tiêu thụ sản phẩm probiotic, những vi khuẩn này có hoạt tính của β-galactosidase đƣợc tiết ra ngoài giúp thủy phân lactose ở ruột non. Trong nghiên cứu của Lin (1991), chỉ có một chủng thuộc L.acidophillus có hoạt tính β-galactosidase nhƣng khả năng kháng lại muối mật của chúng rất thấp và đạt đƣợc hiệu quả trong cải thiện tiêu hóa lactose khi sử dụng ở nồng độ cao (108 CFU/ml sữa). Bifidobacterium thƣờng không hoặc ít có hiệu quả sử dụng hơn so với Lactobacillus. 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 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, 5 Luận văn Thạc sĩ Tổng quan hay còn gọi là kháng thể miễn dịch hoặc kháng thể đặc hiệu. Kháng thể chủ yếu đƣợc tìm thấy trong huyết thanh. IgA đƣợc tổng hợp chủ yếu nhờ tế bào B trong niêm mạc ruột, đƣờng hô hấp và thực hiện chức năng chống vi khuẩn trên bề mặt niêm mạc ruột. Các vi khuẩn làm tăng hệ miễn dịch bằng cách: - Tăng cƣờng chức năng chống virus của hệ miễn dịch. - Tăng hoạt động của tế bào NK (natual killer) nhằm diệt trực tiếp tế bào 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 oxit, có vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền thông tin ở hệ thần kinh và đặc biệt có tác dụng làm thƣ giãn. - Tăng khả năng đề kháng chống lại một số quá trình tự miễn. - Giảm đáp ứng trung gian IgE (IgE-mediated respones). - Gián tiếp chống lại hiện tƣợng radiation-included depression in white blood cells: đây là hiện tƣợng các tế bào bạch cầu bị ức chế và tiêu diệt khi chiếu xạ. Hiện tƣợng này thƣờng xảy ra trong khi điều trị ung thƣ bằng chiếu xạ [38]. Giảm hàm lượng cholesterol Các chủng vi khuẩn probiotic, đặc biệt là vi khuẩn sinh axit lactic có một vai trò quan trọng trong việc giảm mức cholesterol gián tiếp bởi sự chuyển hóa cholesterol để tạo ra axit mật. Do đó, làm giảm hàm lƣợng cholesterol tổng số của cơ thể. Sữa chua có chứa hai loại vi khuẩn probiotic là Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium lactis có tác dụng làm giảm cholesterol trong máu có mức cholesterol cao. Các bệnh nhân d ng thuốc c ng với Lactobacillus sporogenesover một khoảng thời gian 3 tháng cho thấy giảm 32% trong tổng số cholesterol [38]. Giảm viêm loét dạ dày Helicobacter pylori là một vi khuẩn Gram (-) gây bệnh viêm loét và ung thƣ dạ dày, Helicobacter pylori có thể tồn tại ở niêm mạc dạ dày (FAO/WHO, 2001). Nghiêm cứu in vitro cho thấy vi khuẩn sinh axit lactic có thể chống lại sự phát triển của Helicobacter pylori (Midolo và cộng sự, 1995). Sữa chua uống của Yakult đã 6 Luận văn Thạc sĩ Tổng quan sinh ra chất ức chế chống sự tăng trƣởng của vi khuẩn gây loét dạ dày Helicobacter pylori [38]. Ngăn ngừa ung thư Các chủng vi khuẩn probiotic có khả năng kết hợp, ngăn chặn hoặc làm mất hoạt tính của các yếu tố gây ung thƣ; kích thích hệ thống miễn dịch, ngăn chặn sự tạo thành khối u; làm giảm hoạt tính của các enzym ở phân, đây là nơi khơi nguồn của các mầm bệnh gây ung thƣ. Một số chủng của vi khuẩn lactic (L.bulgaricus, S.thermophilus hay L.acidophilus và Bifidobacteria) sử dụng trong các sản phẩm sữa lên men có thể xem nhƣ là một chất chống ung thƣ và chống gây đột biến. Các vi khuẩn có lợi có thể giảm các enzym liên quan đến các tác nhân gây ung thƣ (β-gulucoronidase, azoreductase, nitrosuctase và β-glucosidase) và do đó làm giảm nguy cơ gây ung thƣ ruột kết. Bifidobacteria ngăn chặn các yếu tố tiền ung thƣ nhƣ nitrat và nitrosamin thông qua cơ chế nội bào và non-enzymeatic. Chúng cũng có thể kết hợp với các heterocylic amin (các chất gây ung thƣ trong quá trình nấu thịt) sau đó đƣợc bài tiết theo phân [38]. Chống viêm nhiễm hệ thống niệu sinh dục Việc viêm nhiễm đƣờng sinh dục là sự mất cân bằng hệ vi sinh vật đƣờng ruột, do sử dụng thuốc kháng sinh, các chất khử tr ng, hormone và các yếu tố khác. Các vi khuẩn probiotic hiệu quả trong quá trình giành chỗ cƣ 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 albican và các chủng Candida khác. Việc sử dụng Lactobacillus giảm nguy cơ nhiễm nấm trở lại, giảm nấm âm đạo. Ngoài ra một số chủng Lactobacillus GR-1 và RC-14 ngăn chặn sự nhiễm đƣờng tiết niệu do Escheriachia coli gây ra (FAO và WHO, 2001) [38]. Hiện nay, các chủng vi khuẩn đƣợc sử dụng với vai trò là các probiotic chủ yếu thuộc Lactobacillus và Bifidobacterum, ngoài ra Enterococcus và Streptococus cũng đƣợc sử dụng nhƣng ít hơn. Lactobacillus có mặt trong ruột và trong âm đạo là vi khuẩn kị khí tùy ý Gram (+), không tạo bào tử. Hiện nay có khoảng 56 loài Lactobacillus đƣợc phân lập. Lactobacillus đƣợc sử dụng nhƣ probiotic bao gồm Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus 7 brevis, Lactobacillus bulgaricus,