Đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Chia sẻ: Dada Axax | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

138
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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. Tham khảo nội dung đồ án tốt nghiệp "Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa" để hiểu hơn về vấn đề này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

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 http://www.ebook.edu.vn
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 1. Tên đồ án : Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 2. Nhiệm vụ đồ án: Tổng quan tài liệu nhằm tìm hiểu những vấn đề sau: - Tìm hiểu về prebiotic: bản chất, tác dụng đối với sức khỏe và cơ chế tác dụng,… - Tìm hiểu các prebiotic được sử dụng phổ biến trong sữa - Tìm hiểu các nghiên cứu về phương pháp sản xuất các sản phẩm chứa prebiotic 3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/03/2010 4. Ngày hoàn thành đồ án: 08/07/2010 5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1/ ThS. Nguyễn Thị Hồng Hạnh 1/ Đề cương đồ án 2/ KS. Ngô Lâm Tuấn Anh 2/ Nội dung đồ án Nội dung và yêu cầu Đồ án tốt nghiệp đã được thông qua. Ngày….. tháng……năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) http://www.ebook.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Từ khi bắt đầu thực hiện đến khi hoàn thành đồ án này, tôi đã luôn cố gắng và học hỏi nhiều từ sách vở, internet và thực tế cuộc sống. Tôi cũng nh ận được rất nhiều sự giúp đỡ và hỗ trợ từ gia đình, thầy cô và bạn bè của tôi. Tôi cảm thấy mình thực sự may mắn và hạnh phúc khi đón nhận được tất cả những giúp đỡ đó. Lời cảm ơn đầu tiên, tôi muốn gửi đến những nhà tiên phong trong khoa học thực phẩm, những người xây dựng mạng lưới internet phát triển như ngày nay và những người vô danh chia sẻ những tài liệu quý báu trên internet. Họ là những người đưa tôi đến với những chân trời mới của khoa học thực phẩm. 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 ngư ời gợi ý cho tôi cách giải quyết những khó khăn đó. Những chia sẻ của cô thật sự rất có ích cho cách suy ngh ĩ 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 động 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 i http://www.ebook.edu.vn
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. Prebiotic được định nghĩa b ởi Gibson vào năm 1995. Ngày nay, theo cách hiểu thông thường, nếu probiotic là vi khuẩn có lợi cho sức khỏe thì prebiotic là thức ăn cho vi khuẩn probiotic. Probiotic và prebiotic cùng tác động trực tiếp đến hệ tiêu hóa và vi sinh vật đường ruột từ đó tác động đến toàn bộ cơ thể. Hệ tiêu hóa bao gồm ống tiêu hóa và các cơ quan phụ khác. Hệ vi sinh vật đường ruột cư trú khắp ống tiêu hóa. Trong đó, hệ vi sinh vật ở ruột già có số lượng lớn nhất. Chúng có vai trò quan trọng trong chuyển hóa thức ăn trước khi bị tống thoát theo phân ra ngoài, tổng hợp một số vitamin và chống viêm nhiễm vi sinh vật từ ngoài vào. Hệ vi sinh vật đường ruột rất đa dạng về chủng loại nhưng được chia thành hai loại chính: vi khuẩn có lợi và vi khuẩn gây hại. Vi khuẩn có lợi được biết đến nhiều là bifidobacteria và lactobacilli. Sự cân bằng giữa vi khuẩn có lợi và vi khuẩn gây hại là yếu tố quyết định đến sức khỏe của con người. Đây cũng là cơ chế tác động chính của prebiotic và probiotic cơ thể con người. Cho đến nay, các prebiotic được xác định chủ yếu là các carbohydrate hòa tan. Tuy nhiên, không phải các carbohydrate nào cũng là prebiotic. Đ ể được xem là prebiotic, chúng phải có đủ ba tiêu chuẩn là kháng tiêu hóa, có khả năng lên men và có tính lên men chọn lọc. Hiện nay, có ba loại prebiotic được sử dụng phổ biến là inulin/ fructooligosaccharide, galactooligosaccharide và lactulose. Prebiotic có bản chất là carbohydrate nên nó có các đặc tính công nghệ tốt. Ngoài ra, các carbohydrate đã có l ịch sử sử dụng trong công nghệ thực phẩm từ lâu. Do đó, prebiotic có khả năng được ứng dụng trong nhiều loại sản phẩm thực phẩm khác nhau. Prebiotic có tác dụng cải thiện sức khỏe và phòng chống một số bệnh. Prebiotic có khả năng chống viêm nhiễm vi sinh vật, cải thiện sự tiêu hóa và hấp thu, kiểm soát lipid và glucose trong máu. Ngoài ta, prebiotic có khả năng phòng chống ung thư đại tràng và giảm chứng táo bón,…Tất cả những nội dung trên được trình bày cụ thể trong chương 2. Trong chương 3, fructooligosaccharide và galactooligosaccharide sẽ được giới thiệu chi tiết hơn. Chúng là những prebiotic được bổ sung phổ biến trong các sản phẩm sữa. ii http://www.ebook.edu.vn
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. iii http://www.ebook.edu.vn
MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa Nhiệm vụ đồ án Lời cảm ơn .............................................................................................................i Tóm tắt đồ án .........................................................................................................ii Mục lục...................................................................................................................iv Danh sách hình vẽ ..................................................................................................vii Danh sách bảng biểu ..............................................................................................viii Danh sách các từ viết tắt ........................................................................................ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ......................................................................................1 1.1. Giới thiệu vấn đề .............................................................................................1 1.2. Giới hạn và mục tiêu tìm hiểu .........................................................................2 1.3. Hạn chế của đồ án ...........................................................................................2 1.4. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................2 CHƯƠNG 2: PREBIOTIC .......................................................................................3 2.1. Tìm hiểu hệ tiêu hóa........................................................................................3 2.1.1. Cấu tạo hệ tiêu hóa ...............................................................................3 2.1.2. Giải phẫu đường ruột và chức năng của đường ruột ............................4 2.1.3. Hệ vi sinh vật đường ruột .....................................................................5 2.1.4. Phân loại chất dinh dưỡng.....................................................................10 2.2. Khái niệm Prebiotic .........................................................................................12 2.2.1. Định nghĩa .............................................................................................12 2.2.2. Tiêu chuẩn đánh giá ..............................................................................12 2.2.3. Các loại prebiotic ..................................................................................15 2.2.4. Đặc tính hoá học của prebiotic..............................................................16 2.3. Những tính chất có lợi của prebiotic ...............................................................17 iv http://www.ebook.edu.vn
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 v http://www.ebook.edu.vn
4.3.3. Các quá trình của một quy trình sản xuất phô mai giàu GOS và ít lactose ......................................................................................................62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .........................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................66 vi http://www.ebook.edu.vn
DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1. Hệ tiêu hóa ở người ..................................................................................3 Hình 2.2. Giải phẫu thành ruột non ..........................................................................4 Hình 2.3. Sơ đồ chuyển hóa các chất dinh dưỡng ....................................................11 Hình 2.4. Khả năng chuyển hóa của prebiotic trong đường ruột .............................14 Hình 2.5. Cơ chế chống viêm nhiễm vi sinh vật gây hại của prebiotic ....................19 Hình 2.6. Sơ đồ sản xuất một số prebiotic theo các phương pháp khác nhau ..........25 Hình 2.7. Tác động của prebiotic và probiotic đến hệ vi sinh vật ruột già ..............29 Hình 3.1. Cấu trúc phân tử của GOS ........................................................................32 Hình 3.2. Cơ chế phản ứng galactosyl hóa ...............................................................35 Hình 3.3. Cấu trúc phân tử của allolactose và galactobiose .....................................36 Hình 3.4. Sơ đồ quy trình sản xuất GOS trên quy mô công nghiệp .........................38 Hình 3.5. Sơ đồ quy trình sản xuất inulin và oligofructose ......................................43 Hình 3.6. Quá trình tổng hợp scFOS ........................................................................44 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình sản xuất scFOS ...............................................................45 Hình 4.1. Sự phân bố chứng không dung nạp lactose ..............................................50 Hình 4.2. Sơ đồ quy trình sản xuất sữa tươi giàu GOS, ít lactose ............................51 Hình 4.3. Sơ đồ quy trình sản xuất truyền thống 2 loại phô mai tươi ......................55 Hình 4.4. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cottage giàu GOS ...............................57 Hình 4.5. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cream theo phương pháp không tách 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 vii http://www.ebook.edu.vn
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 viii http://www.ebook.edu.vn
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 ix http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Giới thiệu vấn đề Sữa là loại thực phẩm quan trọng đối với con người. Sữa cung cấp các thành phần dinh dưỡng cân đối và là nguồn cung cấp calcium chủ yếu cho cơ thể con người. Ngay từ những tháng đầu đời, trẻ đã nhận được nguồn dinh dưỡng đầu tiên và duy nhất là sữa mẹ. Khi lớn lên, con người tiếp tục tiêu thụ nguồn dinh dưỡng cân đối ấy từ nhiều nguồn khác nhau như bò, cừu, trâu, dê, ngựa,… Các nhà sản xuất trong công nghiệp chế biến sữa không ngừng cung cấp các sản phẩm sữa với nhiều chủng loại khác nhau, phù hợp với sở thích và lứa tuổi của người tiêu dùng. Các nhà khoa học dinh dưỡng cũng không ngừng tìm hiểu, nghiên cứu và tư vấn các nhà sản xuất những thành phần hỗ trợ tích cực cho những chức năng đặc biệt của cơ thể. Từ đó, ngày càng có nhiều sản phẩm mới từ sữa ra đời. Đó là các sản phẩm được bổ sung giá trị dinh dưỡng dành cho những đối tượng đặc biệt như trẻ em ở các độ tuổi khác nhau, phụ nữ mang thai, người ốm, người chơi thể thao, người già,… Ngoài ra, đó cũng có th ể là các sản phẩm sữa được bổ sung thành phần có lợi cho sức khỏe. Các sản phẩm loại này đang được chú ý và phát triển rất nhanh vì các sản phẩm này tập trung khả năng có lợi sức khỏe cho tất cả các đối tượng tiêu dùng. Các sản phẩm sữa có lợi cho sức khỏe được biết đến nhiều là các sản phẩm cải thiện hệ tiêu hóa, hỗ trợ chức năng miễn dịch của cơ thể. Đó là các sản phẩm sữa probiotic. Hiện nay sản phẩm Yakult của công ty Honsha (Nhật Bản) là sản phẩm sữa probiotic thành công nhất trên toàn thế giới [27]. Một thuật ngữ gắn liền với probiotic là prebiotic. Prebiotic và probiotic có những đặc tính có lợi cho sức khỏe tương tự nhau [94]. Probiotic được biết đến là những lợi 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. 1 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 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 Khi tìm hiểu những thực phẩm chức năng và tìm hi ểu cơ chế tác động của chúng đến sức khỏe sẽ cần đến kiến thức về sinh lý học con người, sinh lý bệnh,…Vì vậy, ranh giới giữa khoa học thực phẩm, khoa học dinh dưỡng và y khoa có thể là giới hạn trong việc giải thích các cơ chế và trình bày theo quan điểm khoa học thực phẩm. Đề tài về prebiotic vẫn còn mới, còn nhiều tranh cãi và đang đư ợc nghiên cứu. Vì vậy, đồ án này không thể giải đáp hết những thắc mắc cũng như trình bày hết những ý kiến tranh cãi xoay quanh prebiotic. 1.4. Ý nghĩa khoa học Đồ án “Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa” cập nhật những kiến thức mới về khoa học dinh dưỡng và khoa học thực phẩm trên thế giới. Đồ án sẽ là nguồn tài liệu khoa học tiếng Việt hữu ích về thành phần và chức năng prebiotic. Nó góp phần cải thiện và bổ sung vào tài liệu học thuật về prebiotic ở Việt Nam. Đồ án có thể được dùng để tham khảo và nghiên cứu trong công nghiệp chế biến sữa cũng như trong lĩnh vực thực phẩm chức năng ở Việt Nam. Đồ án có thể là cơ sở để đưa ra những hướng nghiên cứu phát triển sản phẩm mới trong ngành công nghệ chế biến thực phẩm. 2 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa CHƯƠNG 2: PREBIOTIC 2.1. Tìm hiểu hệ tiêu hóa 2.1.1. Cấu tạo hệ tiêu hóa Hệ tiêu hóa bao gồm ống tiêu hóa và các cơ quan phụ khác để thực hiện chức năng tiêu hóa thức ăn, hấp thu nước và các chất dinh dưỡng, thải các chất bã ra ngoài. Ống tiêu hóa là một ống dài với những đoạn được phân hóa và có kích thước khác nhau. Ống tiêu hóa xuất phát từ miệng, qua hầu, thực quản, dạ dày, ruột non, ruột già và tận cùng tại hậu môn. Các cơ quan phụ gồm tuyến nước bọt, tuyến tụy, gan và túi mật [5]. Lưỡi Miệng Hầu Tuyến nước bọt Ruột già Thực quản Gan Ruột non Túi mật Dạ dày Tá tràng Tụy Tràng ngang Tràng xuống Tràng lên Hỗng tràng Manh tràng Hồi tràng Ruột thừa Tràng Sigma Trực tràng Cơ thắt hậu môn Hậu môn Hình 2.1. Hệ tiêu hóa ở người.[137] 3 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 2.1.2. Giải phẫu đường ruột và chức năng của đường ruột Điển hình cho cấu trúc thành đường ruột là thành ruột non. Từ ngoài vào trong có các lớp: thanh mạc; tầng cơ gồm lớp cơ dọc và lớp cơ vòng; tầng dưới niêm mạc; tầng niêm mạc. Tầng niêm mạc bao gồm lớp biểu mô, lớp đệm và cơ niêm. Giữa hai lớp cơ dọc và cơ vòng có các đám r ối thần kinh cơ. Giữa lớp dưới niêm mạc và lớp cơ vòng có các đám rối dưới niêm tạo thành hệ thống thần kinh nội tại của ruột. Niêm mạc ruột có rất nhiều nếp gấp, làm tăng diện tích hấp thu lên ba lần. Trên bề mặt niêm mạc có rất nhiều nhung mao, làm tăng diện tích lên thêm mười lần. Mỗi tế bào biểu mô trên nhung mao lại có rất nhiều vi nhung mao tạo thành bờ bàn chải làm tăng diện tích lên thêm hai mươi lần. Ba yếu tố trên cộng lại làm tăng diện tích hấp thu của ruột non lên 600 lần [5]. Vi nhung mao Tĩnh mạch cửa Gan Tầng cơ Lòng ruột Tế bào biểu mô Mao mạch Nhung mao Mạch bạch huyết Đường ruột Nhung mao 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 4 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa các enzyme tiêu hóa lên bờ bàn chải để tiêu hóa các thành phần của dưỡng trấp. Đồng thời, bờ bàn chải cũng là nơi hấp thu các chất dinh dưỡng vào máu đi khắp cơ thể. Tuyến tụy cung cấp các enzyme hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa và ion bicarbonate để trung hòa acid trong dư ỡng trấp. Mật được tạo ra từ các tế bào gan và rất cần thiết cho sự tiêu hóa và hấp thu mỡ, nhờ tác dụng nhũ tương hóa mỡ và tạo thành các hạt micelle. Ruột già gồm có chiều dài khoảng 1.5 m và bao gồm các đoạn sau: manh tràng, kết tràng lên, kết tràng ngang, kết tràng xuống, kết tràng sigma và trực tràng. Chức năng của kết tràng là hấp thu nước và chất điện giải từ dưỡng trấp và tích trữ phân cho đến khi phân được tống thoát [5]. Mỗi ngày, mỗi người thải khoảng 150 – 200 g phân. Trong đó, nước chiếm 65% và chất rắn chiếm 35%. Thành phần chính tạo thành chất rắn là các chất của thức ăn không được tiêu hóa, các tế bào niêm mạc ruột bong ra, dịch tiêu hóa và xác vi sinh vật [3]. Trong đó, thành phần vi sinh vật trong chất rắn là khoảng 60% [100, 105,120]. Ngoài ra, đường ruột là cơ quan có chức năng miễn dịch quan trọng nhất của cơ thể vì có khoảng 60 - 70% tế bào miễn dịch trong niêm mạc ruột [39,107]. 2.1.3. Hệ vi sinh vật đường ruột 2.1.3.1. Thành phần hệ vi sinh vật đường ruột Ống tiêu hóa của con người là một môi trường giàu dinh dưỡng, là nơi cư trú của gần 100 nghìn tỷ (1014) vi khuẩn [27,39] của khoảng 800 – 1000 loài [117,120,130] thuộc hơn 100 giống khác nhau [94], chủ yếu thuộc 3 ngành Bacteroidetes, Firmicutes, và Actinobacteria [39]. Hệ vi sinh vật đường ruột của người bao gồm khoảng 3% vi khuẩn kị khí tùy tiện và 97% vi khuẩn kị khí bắt buộc [27,65]. Số lượng và thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột có khác biệt rất lớn ở từng vị trí khác nhau của ống tiêu hóa [32,94]: • Ở vòm miệng, có nhiều giống tồn tại (105 tế bào/ml [80]) như Prevotella, Porphyromonas, Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium, và Desulfovibrio. 5 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa • Khi đến dạ dày, dưới tác dụng của acid (pH~2 [5]) và sự co bóp, chỉ còn lại khoảng 103 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 đ a số với khoảng 104 – 108 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 1010 – 1012 tế bào/gam. Trong ruột già, các loài vi khuẩn kị khí bắt buộc chiếm 99% trong tổng số các loại vi sinh vật. Chúng bao gồm loại Gram dương và loại Gram âm: Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Eubacterium spp. và các loại Clostridia, Ruminococcus spp., Butyrovibrio spp., Fusobacterium spp., Eubacterium spp., và Peptostreptococcus. Lượng vi khuẩn kị khí tùy tiện ít hơn khoảng 1000 lần so với loại kị khí bắt buộc. Chúng tồn tại ở phần đầu của ruột già. Đó là các loài Lactobacillus spp., Streptococcus, Enterococcus, Enterobacter, và Propionibacterium. Nấm men cũng tồn tại trong ruột già với số lượng rất thấp, khoảng 102 – 104 tế bào/ml [27, 32, 40, 65, 79, 94, 100]. 6 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa Bảng 2.1. Các vi khuẩn kị khí chủ yếu trong ruột già [47] Ngành Họ Sản phẩm lên men chính Bacteroidetes Bacteroides acetate, propionate, succinate Prevotellae từ carbohydrate Prophyromonadaceae Rikenellaceae Firmicutes Clostridiaceae acetate, formate, L- và D- Lactobacillaceae lactate, butyrate, succinate, Leuconostocaceae propionate từ carbohydrate; Bacillaceae Streptococcaceae BCFA, indole, sulphide, Eubacteriaceae phenol, amine, NH3, H2, CO2, Staphylococcaceae CH4 từ protein và amino acid Peptococcaceae Peptostreptococcaceae Actinobacteria Bifidobacteriaceae lactate, acetate, formate từ Actinomycetaceae carbohydrate Coriobacteriaceae Corynebacteriaceae Propionibacteriaceae Micrococcaceae Proteobacteria Enterobacteraceae lactate, acetate, succinate, Oxalobacteriaceae formate từ carbohydrate; Pseudomonadaceae sulphide từ sulphate, H2S, Desulfovibrionaceae mercaptan. Helicobacteraceae Euryarchaeota Methanobacteriaceae CH4 Fusobacteria Fusobacteriaceae acetate, butyrate, NH3, formate, lactate Verrucomicrobia Verrucomicrobiaceae - Lentisphaerae Victivallaceae acetate, ethanol, H2 e.g. Victivallis vadensis 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 7 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa 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]. Các SCFA được tạo thành là acetate, propionate và butyrate [33, 40, 85]. Loại SCFA và hàm lượng khác nhau dựa trên loại cơ chất carbohydrate. Ví dụ, pectin được lên men tạo thành chủ yếu là acetate trong khi tinh bột bền, cám lúa mì kích thích sự tạo thành butyrate [132]. Ngoài ra, có một phần nhỏ valerate and hexanoate [40, 132]. Phần lớn SCFA có thể được hấp thu và oxi hóa, giải phóng CO2, cung cấp khoảng 8 – 10% nhu cầu năng lượng hằng ngày cho vật chủ [33, 70, 110]. Chỉ có 5 – 10% SCFA được tìm thấy trong phân. Ngoài ra, SCFA còn có những chức năng sinh lý nhất định trong cơ thể [40]: • Acetate: là sản phẩm lên men bởi nhiều loại vi khuẩn khác nhau như Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium,…Acetate dễ dàng được hấp thu và chuyển đến gan hoặc được chuyển hóa trong cơ, thận, tim và não. Khi có nhiều acetate được sinh ra từ quá trình lên men carbohydrate, acetate sẽ được chuyển đến gan. Acetate là SCFA duy nhất đi vào vòng tuần hoàn máu. Nó cũng là s ản phẩm quan trọng để tổng hợp các acid béo mạch dài (LCFA) như glutamine, glutamate và beta- hydroxybutyrate. 8 http://www.ebook.edu.vn
Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa • Propionate: là sản phẩm của Bacteroides, Propionibacterium, và Veillonella. Phần lớn propionate được hấp thu và có thể được dùng để tổng hợp glycogen bằng con đường gián tiếp trong gan. Tuy nhiên, việc sử dụng carbon của propionate để tổng hợp lipid là rất giới hạn. Propionate ũcng đư ợc xem là ức chế sự tổng hợp cholesterol trong gan. • Butyrate: là sản phẩm của Clostridium, Fusobacterium, Butyrivibrio, Eubacterium, Peptostreptococcus nhưng không phải là sản phẩm của vi khuẩn 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 H2, CO2, CH4, H2S [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 (H2, CO2, CH4, H2S) và các hợp chất phenol, ammonia, amine [32, 33, 85]. Do đó, môi trường trong kết tràng xuống có pH cao hơn trong kết tràng lên [32]. Các BCFA được tạo thành là isobutyrate, isovalerate và isocaprate. Vai trò và tác động của BCFA còn nhiều tranh cãi [40, 75, 132]. Các hợp chất phenol (indole, thiol), ammonia, amine có thể gây bệnh ung thư đại tràng [18, 35, 108]. Tóm lại, hệ vi sinh vật ruột có thể chia thành loại cải thiện sức khỏe và loại gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người [40]. Loại có lợi cho sức khỏe là loại lên men carbohydrate, sinh ra các SCFA có lợi. Vi khuẩn lactic được xem là vi khuẩn cải thiện sức khỏe con người [1,40,42]. Đó là các loài Bacteroides, Eubacterium spp., Ruminococcus spp., Butryovibrio spp., Fusobacterium pruasnitzii,…[14,97] nhưng Lactobacillus và Bifidobacterium là những loài được biết đến nhiều nhất [97,100]. 9 http://www.ebook.edu.vn