ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÌM HIỂU PREBIOTIC
TRONG CÁC SẢN PHẨM SỮA SVTH : HUỲNH THỊ KIỀU VŨ
MSSV : 06116100
GVHD : ThS. NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH
KS. NGÔ LÂM TUẤN ANH Tp.Hồ Chí Minh, 07/2010
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thị Kiều Vũ MSSV: 06116100
Ngành: Công nghệ Thực Phẩm Lớp: 061160
Tôi xin gửi lời cảm ơn cô Nguyễn Thị Hồng Hạnh đã cho tôi biết những khó khăn
sẽ gặp phải khi làm đồ án. Cô cũng là người gợi ý cho tôi cách giải quyết những khó
khăn đó. Những chia sẻ của cô thật sự rất có ích cho cách suy nghĩ c ủa tôi khi giải
quyết vấn đề.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ngô Lâm Tuấn Anh. Thầy đã trao đổi những kiến
thức và vấn đề trong đồ án để tôi có thể hoàn thiện đồ án tốt hơn.
Tôi chân thành cảm ơn những thầy cô đã giảng dạy tôi ở trường Đại học Sư Phạm
Kỹ Thuật. Họ là những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu để tôi có
thể lĩnh hội những điều mới mẻ khác của khoa học.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn đồng khóa 2006 với tôi. Chúng tôi đã
luôn đ
ộng viên, trao đổi những kiến thức để cùng nhau tiến bộ. Tôi đặc biệt cảm ơn
những tình cảm đặc biệt của các bạn dành cho tôi. Đó là nguồn động viên rất lớn giúp
tôi có tinh thần sảng khoái khi thực hiện đồ án.
Tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt đến bạn Cao Thị Thu Hằng, bạn thời phổ thông
của tôi. Bạn đã cho tôi những tài liệu y khoa rất hữu ích và thú vị.
Cuối cùng, tôi muốn bố mẹ tôi biết rằng tôi luôn thầm cảm ơn họ vì họ luôn dõi
theo và tin tưởng tôi. Tôi muốn gửi lời cảm ơn đến em gái tôi vì đã luôn như ờng nhịn
tôi rất nhiều. Tôi sẽ luôn ghi nhớ những tình cảm mà gia đình dành cho tôi.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010.
Huỳnh Thị Kiều Vũ
ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Prebiotic có tác dụng cải thiện sức khỏe và phòng chống một số bệnh. Sữa mẹ là
nguồn cung cấp prebiotic đầu tiên cho con người. Hiện nay, prebiotic được bổ sung
trong nhiều sản phẩm sữa và các sản phẩm thực phẩm khác nhau.
iii
Galactooligosaccharide là prebiotic có trong sữa. Tuy nhiên,
galactooligosaccharide được sản xuất thương mại nhờ enzyme β-galactosidase. Sản
phẩm là hỗn hợp của các oligosaccharide được cấu tạo bởi các đơn vị
galactopyranosyl, được nối với nhau bởi liên kết β-(1-6) hay β-(1-4).
Fructooligosaccharide là tên gọi chung để chỉ các prebiotic có bản chất là fructan-
loại inulin. Fructooligosaccharide được sản xuất thương mại theo hai phương pháp:
phương pháp chiết tách bằng hơi nước nóng (và thủy phân bằng enzyme inulinase), và
phương pháp tổng hợp bởi enzyme β-fructofuranosidase. Sản phẩm là hỗn hợp của các
oligosaccharide được cấu tạo bởi các đơn vị fructofuranosyl, được nối với nhau bởi
liên kết β-(2-1).
Galactooligosaccharide và fructooligosaccharide thường được bổ sung trong công
thức dinh dưỡng cho trẻ với tỉ lệ là 9 : 1. Hàm lượng của hỗn hợp là 0.8g/100 ml.
Ngoài ra, prebiotic có thể được tổng hợp ngay trong các sản phẩm sữa. Chương 4
giới thiệu hai nghiên cứu về phương pháp sản xuất sữa chứa galactooligosaccharide.
Đó là hai nghiên cứu sử dụng β-galactosidase để tổng hợp galactooligosaccharide từ
lactose có trong sữa. Một nghiên cứu giới thiệu cách sản xuất sữa tươi chứa
galactosidase từ sữa tươi nguyên liệu. Một nghiên cứu khác giới thiệu cách sản xuất
các sản phẩm phô mai chứa galactooligosaccharide từ sữa tươi nguyên liệu và các
thành phần sữa khác.
Trong tương lai, prebiotic và các sản phẩm sữa chứa prebiotic sẽ phát triển nhanh
chóng. Các sản phẩm khác sữa chứa prebiotic sẽ ngày càng đa dạng.
iv
2.3.1. Tính chất có lợi của prebiotic đối với công nghệ thực phẩm ............... 17
2.3.2. Tác dụng của prebiotic đối với sức khỏe con người ............................ 18
2.3.3. Các vấn đề khi sử dụng prebiotic ......................................................... 23
2.4. Phương pháp sản xuất prebiotic ...................................................................... 24
2.5. Probiotic và synbiotic ...................................................................................... 28
2.5.1. Probiotic ............................................................................................... 28
2.5.2. Synbiotic ............................................................................................... 31
CHƯƠNG 3: CÁC PREBIOTIC ĐƯỢC BỔ SUNG TRONG CÁC SẢN PHẨM SỮA . 32
3.1. Galactooligosaccharide (GOS) ....................................................................... 32
3.1.1. Giới thiệu về GOS ................................................................................ 32
3.1.2. Kỹ thuật sản xuất GOS ......................................................................... 33
3.1.3. Các đặc tính công nghệ của GOS ......................................................... 39
3.2. Fructooligosaccharide (FOS) .......................................................................... 40
3.2.1. Giới thiệu về FOS ................................................................................. 40
3.2.2. Kỹ thuật sản xuất FOS .......................................................................... 42
3.2.3. Các đặc tính công nghệ của FOS.......................................................... 46
3.3. Bổ sung FOS, GOS trong các sản phẩm sữa .................................................. 47
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT SẢN PHẨM SỮA CHỨA GOS ........ 49
4.1. Giới thiệu vấn đề ............................................................................................. 49
4.2. Nghiên cứu sản xuất sữa tươi giàu GOS và ít lactose ..................................... 51
4.2.1. Nguyên liệu .......................................................................................... 52
4.2.2. Lọc ultra................................................................................................ 52
4.2.3. Xử lí với β-galactosidase ...................................................................... 53
4.3. Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm phô mai giàu GOS và ít lactose .......................... 54
4.3.1. Hai loại phô mai nghiên cứu – phô mai cottage và phô mai cream ..... 54
4.3.2. Các quy trình sản xuất sản phẩm phô mai giàu GOS và ít lactose ....... 57
whey .......................................................................................................... 59
Hình 4.6. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cream theo phương pháp kết hợp ....... 60
Hình 4.7. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cream theo phương pháp thu hồi GOS ......... 61
viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các vi khuẩn kị khí chủ yếu trong ruột già ........................................ 7
Bảng 2.2. Phân loại prebiotic theo độ dài mạch carbon...................................... 15
Bảng 2.3. Phân loại prebiotic theo nguyên liệu sản xuất .................................... 16
Bảng 2.4. Các nhà sản xuất prebiotic trên thế giới ............................................. 26
Bảng 2.5. Các vi sinh vật probiotic ..................................................................... 30
Bảng 3.1. Một số loài vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất GOS thương mại ....... 34
Bảng 3.2. Các loại fructan trong tự nhiên .......................................................... 40
Bảng 3.3. Một số nguyên liệu thực phẩm chứa inulin ........................................ 42
Bảng 3.4. Các sản phẩm sữa được bổ sung prebiotic FOS ở châu Âu ............... 48
ix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
BCFA – Branched chain fatty acid .............................................................................. 7
SCFA – Short chain fatty acid .................................................................................... 8
GOS – Galactooligosaccharide ................................................................................. 15
FOS – Fructooligosaccharide .................................................................................. 15
DP – Degree of polymerization .............................................................................. 16
Ut/Uh – Transglycosylating activity/ hydrolytic activity ............................................ 36
E/S – Enzyme/Substrate ......................................................................................... 53
khuẩn và prebiotic là những oligosaccharide để vi khuẩn probiotic sử dụng. Trên thực
tế, probiotic đã đư ợc phát hiện và nghiên cứu hơn một trăm năm nay, trong khi thuật
ngữ prebiotic chỉ được phát hiện và phát triển gần đây [12].
Trên thế giới, prebiotic đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại sản phẩm
khác nhau, đặc biệt là trong các sản phẩm sữa. Ở Việt Nam, prebiotic chỉ xuất hiện
trong các sản phẩm sữa bột dành cho trẻ em của các công ty sữa hàng đầu trên thế giới.
Vì vậy, khái niệm prebiotic vẫn còn khá xa lạ với hầu hết người tiêu dùng và là đề tài
mới mẻ đối với ngành công nghệ thực phẩm.
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 2
1.2. Giới hạn và mục tiêu tìm hiểu
Các sản phẩm sữa chứa prebiotic chủ yếu là do prebiotic được bổ sung vào. Hơn
nữa, các sản phẩm sữa rất đa dạng nhưng chỉ có rất ít sản phẩm được bổ sung
prebiotic. Vì vậy, đồ án tập trung vào prebiotic như là một thành phần riêng biệt được
bổ sung vào các sản phẩm sữa:
• Tìm hiểu về prebiotic: Định nghĩa và bản chất của prebiotic; các loại prebiotic và
phương pháp sản xuất chúng; tác dụng của prebiotic đối với sức khỏe con người
và cơ chế tác động đến sinh lý.
• Đồng thời, tìm hiểu khái niệm probiotic và synbiotic.
• Tìm hiểu các loại prebiotic được bổ sung phổ biến trong các sản phẩm sữa.
Ngoài ra, trong các sản phẩm sữa lên men có các vi khuẩn có lợi tạo ra những
exopolysaccharide từ các đường đơn và đường đôi trong sản phẩm. Vì vậy, mục tiêu
của đồ án còn tìm hiểu những phương pháp nghiên cứu sản xuất sữa và các sản phẩm
sữa chứa prebiotic (oligosaccharide) nhờ quá trình tổng hợp prebiotic ngay trong sữa.
1.3. Hạn chế của đồ án
và tận cùng tại hậu môn.
Các cơ quan phụ gồm tuyến nước bọt, tuyến tụy, gan và túi mật [5].
Hình 2.1. Hệ tiêu hóa ở người.[137]
Ruột non
Lưỡi
Miệng
Thực quản
Hầu
Gan
Túi mật
Hồi tràng
Tá tràng
Tràng lên
Tràng ngang
Hình 2.2.Giải phẫu thành ruột non. [138]
Ruột non có chiều dài khoảng 5 m và được chia làm 3 đoạn: tá tràng, hỗng tràng
và hồi tràng. Ruột non là nơi quan trọng nhất thực hiện quá trình tiêu hóa và hấp thu
thức ăn, với sự hỗ trợ của tuyến tụy và mật.
Ruột non nhận thức ăn đã đư ợc nhào trộn (dưỡng trấp) từ dạ dày. Ở ruột non có
các tuyến Brunner bài tiết chất nhầy để bảo vệ niêm mạc ruột, các tuyến Lieberkuhn
bài tiết chất dịch để giúp hòa tan các chất trong dưỡng trấp và các tế bào biểu mô tiết
Vi nhung mao
Tế bào biểu mô
Tĩnh mạch cửa
Gan
Nhung mao
Nhung mao
Đường ruột
Tầng cơ
Mạch bạch huyết
Mao mạch
Lòng ruột
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa
vị trí khác nhau của ống tiêu hóa [32,94]:
• Ở vòm miệng, có nhiều giống tồn tại (10
5
tế bào/ml [80]) như Prevotella,
Porphyromonas, Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium,
và Desulfovibrio.
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 6
• Khi đến dạ dày, dưới tác dụng của acid (pH~2 [5]) và sự co bóp, chỉ còn lại
khoảng 10
3
tế bào/ml, thuộc một số loài vi khuẩn chịu acid như Streptococcus,
Staphylococcus, Lactobacillus, Helicobacter pylori (Campylobacter [1]) và nấm
men.
• Ở ruột non, dưới tác dụng của pH ~ 7, muối mật, dịch tụy và sự nhu động ruột
(thời gian lưu lại ngắn) nên vi sinh vật hầu như không phát triển. Tại đoạn cuối
của hồi tràng, vi khuẩn kị khí gram âm chiếm đa số với khoảng 10
4
– 10
8
tế
bào/ml. Có các loài kị khí tùy tiện như Lactobacillus, Streptococcus, và
Enterobacterium và các loài kị khí bắt buộc như Bifidobacterium spp., Bacteroides
spp., và Clostridium.
• Khi đến ruột già, số lượng các vi sinh vật tăng lên 10
10
Bảng 2.1. Các vi khuẩn kị khí chủ yếu trong ruột già [47]
Ngành Họ Sản phẩm lên men chính
Bacteroidetes Bacteroides
Prevotellae
Prophyromonadaceae
Rikenellaceae
acetate, propionate, succinate
từ carbohydrate
Firmicutes Clostridiaceae
Lactobacillaceae
Leuconostocaceae
Bacillaceae
Streptococcaceae
Eubacteriaceae
Staphylococcaceae
Peptococcaceae
Peptostreptococcaceae
acetate, formate, L- và D-
lactate, butyrate, succinate,
propionate từ carbohydrate;
BCFA, indole, sulphide,
phenol, amine, NH
3
, H
2
, CO
2
,
Lentisphaerae Victivallaceae
e.g. Victivallis vadensis
acetate, ethanol, H
2
2.1.3.2. Vai trò của hệ vi sinh vật ruột già
Vai trò chính của hệ vi sinh vật đường ruột là lên men các thành phần thực phẩm
không tiêu hóa được và chất nhầy do biểu mô đường ruột tạo ra. Đây là mối quan hệ
cộng sinh giữa con người và hệ vi sinh vật đường ruột. Con người có thể sử dụng một
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 8
phần năng lượng do vi sinh vật tạo ra và vi sinh vật có thể sinh trưởng và phát triển
trong đường ruột [32, 39].
Một vài loại vi khuẩn trong hệ vi sinh vật ruột già tổng hợp một số vitamin K và B
như folate, biotin, vitamin K2 [2, 3, 32, 110].
Mặc dù hệ gen người có khoảng 30 000 gen và hệ gen vi khuẩn là 1 600 gen, [117]
nhưng toàn bộ số gene của các vi sinh vật gấp 100 lần số gene trong hệ gene của
người. Vì vậy, chúng có những enzyme phân giải được những chất mà con người
không thể tiêu hóa được [32, 110, 120]. Có hai quá trình chuyển hóa chính trong ruột
già:
Quá trình phân giải saccharide (lên men carbohydrate) diễn ra mạnh nhất ở
manh tràng và kết tràng lên [32, 33]. Sản phẩm chính của quá trình lên men
carbohydrate là các acid béo mạch ngắn (SCFA), khí và các acid hữu cơ khác [18, 33].
Do đó, môi trường đoạn ruột này có pH thấp, khoảng 5 – 6 [32].
Quá trình lên men carbohydrate tạo ra các acid hữu cơ như lactate, succinate,
pyruvate, formate và có thể có ethanol. Những sản phẩm này không được hấp thu qua
ruột già nhưng được các vi khuẩn tiếp tục lên men để tạo ra các SCFA [33, 40].
lactic [40,82,97,101]. Vi khuẩn lactic được xem có vai trò kích thích sự sản sinh
butyrate của những loài khác [88]. Butyrate không được hấp thu qua ruột nhưng
được các tế bào ruột sử dụng [97,110]. Butyrate có chức năng điều hòa sự kiểm
soát của cơ chế gây chết tế bào theo chương trình ( apoptosis) và điều hòa sự sinh
sôi và phân hóa tế bào. Nó cũng có nhiều tác động khác nhau lên sự biểu hiện gen
bằng cách tác động đến cấu trúc chromatin thông qua quá trình phosphoryl hóa và
acyl hóa protein histone [40, 63].
Các khí chủ yếu bao gồm H
2
,
CO
2
, CH
4
, H
2
S [15, 33, 85]. Các khí này không được
chuyển hóa mà được thải ra ngoài qua đường hô hấp, hơi rắm, phân [40, 70].
Quá trình phân giải protein (lên men protein) diễn ra chủ yếu ở kết tràng xuống
và đoạn sigma [18, 33]. Sản phẩm chính của quá trình lên men protein là các acid béo
mạch nhánh (BCFA) [40], khí (H
2
, CO
2
, CH
4
, H
2
S) và các hợp chất phenol, ammonia,
thời do tiêu thụ probiotic và prebiotic [32, 100]. Đối với một hệ tiêu hóa khỏe mạnh,
hệ vi sinh vật trong đó có sự cân bằng giữa vi khuẩn có lợi và vi khuẩn có thể gây hại
[28, 32]. Tuy nhiên, sự cân bằng này có thể bị phá vỡ do các yếu tố sau: điều trị kháng
sinh, sau phẫu thuật, điều trị phóng xạ [32]; stress do căng thẳng đầu óc, cảm xúc hay
thể chất [76, 130]; chế độ dinh dưỡng kém, thực phẩm chứa độc, sự lây nhiễm; thay
đổi điều kiện sống [33,
94, 108]. Khi đó, hệ tiêu hóa sẽ bị tác động và có những thay
đổi như: sự tiết dịch chậm lại, thời gian dịch chuyển của chất bã lâu hơn, các tế bào tiết
nhầy bị phá hủy, các tế bào biểu mô bị thay đổi làm cho các chất độc của vi khuẩn hay
vi khuẩn có thể thâm nhập vào tầng dưới niêm mạc, số vi khuẩn có lợi giảm và vi
khuẩn gây hại tăng. Những thay đổi đôi khi thể hiện thành các triệu chứng như sình
bụng, táo bón, ỉa chảy, trung tiện nhiều và có thể ảnh hưởng đến chức năng của vi
khuẩn có lợi [76, 100, 108, 130].
2.1.4. Phân loại chất dinh dưỡng
Gibson (1995) cũng đưa ra cách phân loại các chất dinh dưỡng đối với con người
như sau:
Chất dinh dưỡng cho cơ thể (systemic nutrients) là chất dinh dưỡng có thể tiêu
hóa được, bị thủy phân trong đường ruột thành các monomer (carbohydrate, amino
acid, acid béo) hay các oligomer có kích thước nhỏ. Các chất này được hấp thu dễ
dàng qua máu và bạch huyết. Từ đó, chúng sẽ được phân bố khắp các mô và cơ quan
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 11
khác nhau để làm cơ chất, tiền chất sinh tổng hợp hay là nhân tố kết hợp cho các quá
trình trao đổi chất của các tế bào trong cơ thể con người.
Chất dinh dưỡng trong ruột già (colonic nutrients) là chất dinh dưỡng không tiêu
hóa được. Đó là các monomer, oligomer và polimer không được tiêu hóa cũng như
Phân/khí
Ống
tiêu
hóa
Enzyme tiêu hóa
Vi sinh vật đường ruột
Monosaccharide
SCFA
Sản phẩm,
CO
2
Cơ thể
Hơi thở
Nước tiểu
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 12
2.2. Khái niệm Prebiotic
2.2.1. Định nghĩa
Thuật ngữ “prebiotic” ra đời vào năm 1995, do Gibson và Robertfroid định nghĩa
là “Các thành phần thực phẩm không tiêu hóa được nhưng có tác dụng có lợi đối với
vật chủ do kích thích chọn lọc sự phát triển và/hoặc các hoạt động của một hay một số
vi khuẩn xác định trong ruột già, do đó cải thiện sức khỏe của vật chủ.”
Năm 2004, Gibson và cộng sự đã đưa ra định nghĩa mới là “Một prebiotic là một
thành phần lên men chọn lọc mà cho phép có những thay đổi đặc trưng, bao gồm thay
đổi trong thành phần và/hoặc hoạt động của hệ vi sinh vật đường ruột mà mang lại
Để xác định khả năng lên men, người ta tiến hành các thí nghiệm in vitro nuôi cấy
theo mẻ vi sinh vật có trong phân, mô phỏng các điều kiện nhiệt độ và pH của một
vùng nào đó trong ruột già. Ngoài ra, người ta có thể tiến hành thí nghiệm in vitro ở
mức phức tạp hơn. Đó là phương pháp nuôi cấy liên tục vi sinh vật có trong phân, mô
phỏng sự dịch chuyển các chất trong ruột già cũng như điều kiện dinh dưỡng và pH
trong đó. Cuối cùng, các nghiên cứu trên người cần phải được tiến hành để đánh giá lại
kết quả in vitro [32,55].
Tính chọn lọc: Một prebiotic là một cơ chất có tính chọn lọc đối với một hay một
số loài vi khuẩn nhất định có trong ruột già. Prebiotic kích thích sự phát triển và/hay
hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật có lợi trong đường ruột của vật chủ [32,33,85].
Điều này có nghĩa là prebiotic không được lên men bởi vi khuẩn trong miệng, bởi các
vi khuẩn có hại trong đường ruột nhưng được lên men tốt bởi vi khuẩn có lợi [58,60].
Cơ chế của quá trình lên men chọn lọc vẫn chưa sáng tỏ [12]. Tuy nhiên, người ta
cũng đã xác định được một vài gene của vi khuẩn, mã hóa những enzyme đặc trưng
cho quá trình chuyển hóa oligosaccharide. Ví dụ, vi khuẩn bifidobacteria có đoạn gene
mã hóa enzyme β-fructofuranosidase. Từ đó, người ta có thể giải thích được tính chọn
lọ
c của inulin-fructans (prebiotic) đối với vi khuẩn này [32,88,110,132].
Để xác định tính chọn lọc của một prebiotic đối với một hay một vài vi khuẩn nào
đó, người ta tiến hành theo dõi chặt chẽ sự thay đổi của hệ vi sinh vật trong phân bằng
phương pháp in vitro và in vivo. Phương pháp in vitro được thực hiện nhằm theo dõi
tính hiệu quả của chất được cho là prebiotic, từ đó cung cấp những bằng chứng hỗ trợ
cho nghiên cứu xác định tính chọn lọc của nó. Phương pháp in vivo được tiến hành
trên động vật thí nghiệm và trên con người bằng cách theo dõi hoạt động trao đổi chất
của vi sinh vật trong đường ruột thông qua lượng acid, khí hay enzyme được tạo
thành; theo dõi tác động lên hệ vi sinh vật trong phân và cả vi sinh vật trong chất nhầy
của ruột [18,32].
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa
Ruột già
Được lên men bởi vi khuẩn
bifidobacteria/lactobacilli
Copyright: Tài liệu đại học ©