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

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)

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 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 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

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.

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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].

Miệng Lưỡi

Tuyến nước bọt Hầu

Ruột già

Thực quản

Ruột non Gan

Túi mật Dạ dày

Tụy Tá tràng Tràng ngang

Tràng xuống Hỗng tràng Tràng lên

Manh tràng

Hồi tràng Tràng Sigma Ruột thừa Trực tràng Cơ thắt hậu môn

Hậu môn

Hình 2.1. Hệ tiêu hóa ở người.[137]

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

Vi nhung mao

Tĩnh mạch cửa

Gan

Lòng ruột

Tầng cơ

Tế bào biểu mô

Mao mạch

Nhung mao

Mạch bạch huyết

Đường ruột

Nhung mao

của ruột non lên 600 lần [5].

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

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.

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].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Bảng 2.1. Các vi khuẩn kị khí chủ yếu trong ruột già [47]

Ngành Bacteroidetes

Sản phẩm lên men chính acetate, propionate, succinate từ carbohydrate

Firmicutes

acetate, formate, L- và D- lactate, butyrate, succinate, propionate từ carbohydrate; BCFA, indole, sulphide, phenol, amine, NH3, H2, CO2, CH4 từ protein và amino acid

Actinobacteria

lactate, acetate, formate từ carbohydrate

Proteobacteria

lactate, acetate, succinate, formate từ carbohydrate; sulphide từ sulphate, H2S, mercaptan.

Euryarchaeota Fusobacteria Họ Bacteroides Prevotellae Prophyromonadaceae Rikenellaceae Clostridiaceae Lactobacillaceae Leuconostocaceae Bacillaceae Streptococcaceae Eubacteriaceae Staphylococcaceae Peptococcaceae Peptostreptococcaceae Bifidobacteriaceae Actinomycetaceae Coriobacteriaceae Corynebacteriaceae Propionibacteriaceae Micrococcaceae Enterobacteraceae Oxalobacteriaceae Pseudomonadaceae Desulfovibrionaceae Helicobacteraceae Methanobacteriaceae Fusobacteriaceae

Verrucomicrobia Lentisphaerae CH4 acetate, butyrate, NH3, formate, lactate - acetate, ethanol, H2

Verrucomicrobiaceae Victivallaceae 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

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.

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 cũng đư ợc xem là ức chế sự tổng hợp

cholesterol trong gan.

là sản phẩm của Clostridium, Fusobacterium, Butyrivibrio, • Butyrate:

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].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Loại gây hại cho sức khỏe là loại lên men protein, tạo các hợp chất gây ung thư.

Những vi khuẩn gây bệnh là Staphylococcus, Clostridium, Enterobacter,

Enterococcus, Streptococcus và Bacteroides [15, 18, 24, 100].

2.1.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến thành phần hệ vi sinh vật đường ruột

Hệ vi sinh vật đường ruột ở mỗi người giống nhau về giống nhưng khác nhau về

loài. Nhân tố quan trọng nhất quyết định sự khác nhau về hệ vi sinh vật ban đầu của

mỗi người là hình thức sinh đẻ (đẻ thường hay đẻ mổ) và chế độ ăn ban đầu (nuôi bằng

sữa mẹ hay sữa ngoài). Hệ vi sinh vật của trẻ sơ sinh sẽ thay đổi nhanh chóng trong

các tuần đầu tiên và trong thời kì cai sữa. Ngoài ra, các nhân tố khác ảnh hưởng đến hệ

vi sinh vật đường ruột là: môi trường, tuổi tác, giới tính và chế độ ăn uống [32, 42,

105].

Đối với người lớn, thành phần hệ vi sinh vật khá ổn định dù có sự thay đổi tạm

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 lo ại 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

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

không được hấp thu sau quá trình thủy phân nhưng khi đến ruột già, được các vi sinh

vật ở đó sử dụng như là cơ chất (quá trình lên men), tiền chất sinh tổng hợp hay nhân

tố kết hợp cho các quá trình trao đ ổi chất của vi khuẩn. Tuy nhiên, sản phẩm của quá

trình lên men đư ợc giải phóng ra khỏi tế bào vi sinh vật cũng có thể được hấp thu vào

máu hay bạch huyết thông qua thành tế bào đường ruột. Có hai loại dinh dưỡng trong

ruột già:

• Loại thông thường (general) là loại được hầu hết các loại vi khuẩn trong đường

ruột sử dụng [32]. Loại thông thường có thể là polysaccharide không thể tiêu hóa

được ở ruột non như cellulose, hemicellulose, β -glucan trong ngũ c ốc hay từ nấm

mốc, hydrocolloid, pentosan, pectin [106], hoặc protein, peptide và tiền chất

glycoprotein trong ruột [32,40]. Đó cũng có thể là mono hay disaccharide không

được hấp thu, đặc biệt ở những người hấp thu yếu fructose hay lactose [10].

• Loại chuyên biệt (specific) là loại chỉ được một hay một số loài vi khuẩn xác định

sử dụng. Ví dụ như các oligosaccharide không tiêu hóa được (NDO, nondigestible

olgosaccharide) [32].

Thực phẩm

Hơi thở

Miệng

Cơ thể Dạ dày

Ống tiêu hóa

Enzyme tiêu hóa Ruột non Monosaccharide

Sản phẩm, CO2 Vi sinh vật đường ruột Ruột già SCFA

Nước tiểu Phân/khí

Hình 2.3. Sơ đồ chuyển hóa các chất dinh dưỡng. [44]

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

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

những lợi ích đối với sức khỏe của vật chủ” [18,21,31,32,85]. Điểm chính của các định

nghĩa này là prebiotic có tác dụng chọn lọc lên hệ vi sinh vật và từ đó cải thiện sức

khỏe của vật chủ [18].

Năm 2007, theo Tổ chức Nông Lương của Liên Hiệp Quốc (FAO), một prebiotic

là một thành phần thực phẩm không sống, mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ do

làm biến đổi hệ vi sinh vật [26].

2.2.2. Tiêu chuẩn đánh giá

Dựa theo định nghĩa c ủa prebiotic, một thành phần thực phẩm được xem là một

prebiotic phải hội đủ 3 yếu tố sau [32,110]:

Tính kháng tiêu hóa: Prebiotic phải chịu được quá trình tiêu hóa trước khi đến tới

ruột già. Khi đó, các đặc tính cấu trúc và hóa học của nó hầu như không thay đổi và

chúng có thể tồn tại trong ruột già trong một khoảng thời gian nhất định để tạo ra

những biến đổi có ích [18,31]. Nói cách khác là prebiotic không bị thủy phân bởi các

enzyme trong bờ bàn chải hay trong dịch tụy và cũng không b ị hấp thu trước khi đến

ruột già [32,33,53,85].

Cách tốt nhất để xác định tính kháng tiêu hóa của một chất có thể là prebiotic là đo

lượng chất đó còn l ại ở phần cuối ruột hồi thông qua các bệnh nhân được mở thông

ruột hồi. Tuy nhiên, phương pháp này hầu như không thực tế để kiểm tra lượng

prebiotic còn lại. Phương pháp có thể thực hiện là mô tả chi tiết cấu trúc hóa học của

nó để dự đoán tính nhạy cảm của nó đối với các enzyme phân hủy trong hệ thống tiêu

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

hóa của con người, đo tính ổn định của nó trong dịch vị, đo tính chống chịu của nó với

các enzyme dịch tụy và có thể đối với các enzyme bờ bàn chải [32].

Khả năng lên men: Prebiotic phải là cơ chất cho vi khuẩn trong ruột già lên men.

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

lọc 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

Miệng Không bị phân giải bởi nước bọt, hệ vi sinh vật miệng

Dạ dày Không bị thủy phân bởi acid

Ruột non Không bị thủy phân bởi enzyme, Không được hấp thu

Ruột già Được lên men bởi vi khuẩn bifidobacteria/lactobacilli

Hình 2.4. Khả năng chuyển hóa của prebiotic trong đường ruột (Nauta và

Schoterman, 2009). [21]

Trong 3 tiêu chuẩn đánh giá ở trên, tính chọn lọc là tiêu chuẩn quan trọng nhất và

khó đánh giá nhất [32,92]. Trên thực tế, để khảo sát tính chọn lọc người ta dùng canh

trường thuần để nuôi cấy một hoặc một vài dòng xác đ ịnh trong hỗn hợp vi khuẩn

phức tạp trong điều kiện in vitro và in vivo. Do đó, sự tương tác giữa các loại vi khuẩn

không được xét đến và hiệu quả của tính chọn lọc khó xác định được [34].

Như vậy, dựa vào 3 tiêu chuẩn trên, ta có thể thấy prebiotic chính là chất dinh

dưỡng loại chuyên biệt trong ruột già [32]. Prebiotic đầu tiên được tìm thấy trong sữa

mẹ [65]. Oligosaccharide là thành phần nhiều thứ ba trong sữa mẹ. Trong sữa non

(colostrum), hàm lượng oligosaccharide cao hơn hẳn, chiếm 24% trong tổng số

carbohydrate [18]. Nồng độ oligosaccharide trong sữa mẹ là 5–12 g/l, gấp 100 lần

trong sữa bò (0.03–0.06 g/l) [13,62]. Nồng độ của chúng giảm nhanh chóng khoảng

19% đến 15% trong 2 tháng sau khi sinh. Sữa chứa oligosaccharide có các thành phần

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

chính là sialic acid, N-acetylglucosamine, L-fucose, D-glucose and D-galactose, tạo

nên một hỗn hợp phức tạp của hơn 130 oligosaccharides khác nhau.

Vì cấu trúc các oligosaccharide trong sữa mẹ quá phức tạp và các thành phần

oligosaccharide trong sữa các động vật khác khá ít nên người ta nghiên cứu những chất

có cấu trúc và khả năng tương tự như oligosaccharide trong sữa mẹ [13,8,96]. Đó là

các carbohydrate hòa tan.

Cho đến nay, các prebiotic đã đư ợc xác định là các carbohyrate hòa tan [81].

Inulin-fructans được nghiên cứu nhiều và có bằng chứng đầy đủ đáp ứng cả 3 tiêu

chuẩn trên nên nó được xem là prebiotic điển hình [58,97]. Ngoài ra, lactulose và

galactooligosaccharides (GOS) cũng đư ợc nghiên cứu nhiều [31,32,58,97]. Trên thực

tế, số lượng carbohydrate được sử dụng như là prebiotic là rất nhiều mặc dù các bằng

chứng được nghiên cứu và đưa ra chưa thuyết phục [32,97,102,116,117].

2.2.3. Các loại prebiotic

Có thể phân loại các prebiotic theo 2 cách: phân loại theo độ dài mạch carbon

(bảng 2.1) và phân loại theo nguyên liệu sản xuất (bảng 2.2).

Bảng 2.2.Phân loại prebiotic theo độ dài mạch carbon [17, 58, 85, 96, 97]

Độ dài mạch carbon Ví dụ

Disaccharide Lactulose, lactitol, mannitol, sorbitol, xylitol

(bao gồm các polyol)

Oligosaccharide Fructooligosaccharide (FOS), trans-galactooligosaccharide

(GOS), oligosaccharide đậu nành (raffinose và starchyose),

gluco-oligosaccharide, xylooligosaccharide,

isomaltooligosaccharide, gentiooligosaccharide, lactosucrose,

glucooligosaccharide, pectic-oligosaccharide

Polysaccharide inulin, tinh bột bền

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Bảng 2.3.Phân loại prebiotic theo nguyên liệu sản xuất [12,31,34,58,66,67,94,122,123]

Ví dụ Cấu trúc

Nguyên liệu sản xuất Tinh bột

Sucrose

Lactose

Guα1(6Gu)n, n = 1 – 4 Guβ1(6Gu)n Frβ2(1Fu)n, n = 2 - 5 Guα16Gu Gaα16Guα1 2βFr (Gaα1)26Guα1 2βFr Gaβ1(4Ga)n Gaβ1(6Ga)n Gaβ14Guα1 2βFr Gaβ14Fr Xyβ1(4Xy)n -(3Galβ14AhGalα1)n- Maβ1(4Ma)n

Isomaltooligosaccharides (IMO) Gentio-oligosaccharides. Fructooligosaccharides Glucooligosaccharides Raffinose Starchyose Galacto-oligosaccharides Lactosucrose Lactulose Xylo-oligosaccharides (XOS) Xylan Agaro-oligosaccharides Agar Manno-oligosaccharides Mannan Chitin/chitosan oligosaccharides Chitin/chitosan Pectin Pectic-oligosaccharides *Gu: glucose, Ga: galactose, Fr: fructose, Xy: xylose, Ma: mannose

2.2.4. Đặc tính hoá học của prebiotic

Thành phần đường đơn: Các prebiotic đã xác đ ịnh chủ yếu được tạo thành từ các

đơn vị đường đơn là glucose, galactose, xylose và fructose. Một số oligosaccharide

được cấu tạo bởi các đường đơn khác như arabinose, rhamnose, glucosamine và

galacturonic cũng được đánh giá khả năng prebiotic của chúng [12, 88].

Liên kết glycosidic: Liên kết giữa các gốc đường đơn là nhân tố quan trọng để xác

định khả năng tiêu hóa và khả năng lên men chọn lọc của một prebiotic [88]. Các

prebiotic có cấu hình β nên không bị tiêu hóa bởi các enzyme thủy phân của người (α-

glycosidic: α-glucosidase, α-maltase, α-sucrase [50]) trước khi tới ruột già. Bờ bàn

chải của ruột non có chứa enzyme β-galactosidase có thể phân hủy được một số

prebiotic nhưng hoạt lực của chúng thường rất yếu [32,112].

Khối lượng phân tử: Hầu hết các prebiotic có độ polymer hóa (DP) tương đối nhỏ

(ngoại trừ inulin) và được thủy phân bởi các enzyme glycosidase của vi khuẩn[88]. Vì

vậy, người ta cho rằng oligosaccharide có mạch càng dài thì quá trình lên men diễn ra

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

càng chậm [58,88] và do đó, tác dụng prebiotic sẽ được thể hiện lâu hơn trong toàn bộ

ruột già[88]. Vì vậy, nếu quá trình chuyển hóa saccharide có thể diễn ra trong toàn bộ

chiều dài ruột già thì sẽ có lợi. Nếu sử dụng hỗn hợp prebiotic gồm các phân tử có

khối lượng phân tử khác nhau, (ví dụ FOS và inulin) theo tỉ lệ thích hợp thì các phân

tử có khối lượng phân tử thấp sẽ được chuyển hóa ở phần bên trái và các phân tử có

khối lượng phân tử cao sẽ được chuyển hóa chậm và nằm trong phần bên phải của ruột

già [18,51,53].

2.3. Những tính chất có lợi của prebiotic

2.3.1. Tính chất có lợi của prebiotic đối với công nghệ thực phẩm

Khả năng kết hợp với thực phẩm: Bản chất của prebiotic là carbohydrate, là một

thành phần ‘không sống’. Vì vậy, prebiotic có thể kết hợp dễ dàng với các loại thực

phẩm khác nhau, đặc biệt là các sản phẩm thực phẩm có thành phần chính là

carbohydrate, để tạo thành thực phẩm có tác dụng ‘prebiotic’. Các nhà công nghệ thực

phẩm sẽ ít gặp khó khăn để bảo đảm hiệu quả tác dụng của prebiotic và có thể tạo ra

nhiều sản phẩm mới có tác dụng ‘prebiotic’ [12,31,33,80,81,92].

Cho đến nay, những loại thực phẩm kết hợp được với prebiotic là: sản phẩm sữa

uống và sữa lên men, nước uống tốt cho sức khỏe, nước uống có gas, bánh nướng, sốt,

paste, thực phẩm cho trẻ em và trẻ đang cai sữa, cereals, snack, bánh kẹo và món tráng

miệng, … [12,22,33,92,94,123].

Giá trị calorie thấp: Prebiotic đang được chú ý trong công nghệ thực phẩm và

nước giải khát vì giá trị calorie của nó là khá thấp[18]. Prebiotic khi được tiêu thụ sẽ

cung cấp năng lượng bằng khoảng 40–50% so với carbohydrate tiêu hóa được, tức

khoảng 1 – 2 Kcal/g [50].

Các đặc tính công nghệ: Các di-, oligo- saccharide đã đư ợc ứng dụng vào công

nghệ thực phẩm khá lâu, vì vậy prebiotic (có bản chất là di- hay oligo- saccharide)

cũng được ứng dụng tương tự với các đặc tính công nghệ [12] sau:

1. Vị – độ ngọt giảm do kích thước phân tử tăng.

2. Cảm giác ở miệng– oligosaccharide có kích thước lớn có thể ứng dụng là chất

thay thế chất béo.

3. Độ nhớt – độ nhớt tăng theo độ tăng của kích thước phân tử.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

4. Độ tan – độ tan giảm theo độ tăng của khối lượng phân tử.

5. Tính hút ẩm – oligosaccharide có thể được dùng để kiểm soát độ ẩm trong thực

phẩm.

6. Phản ứng màu – phản ứng màu giảm do khối lượng phân tử tăng (phản ứng

Maillard giảm trong thực phẩm được xử lí nhiệt).

7. Điểm đóng băng – điểm đóng băng càng giảm khi khối lượng phân tử tăng.

8. Sự hình thành tinh thể – hiện tượng này giảm khi khối lượng phân tử tăng.

9. Thủy phân oligosaccharide trong điều kiện acid không liên quan đến khối lượng

phân tử mà phụ thuộc vào liên kết hóa học [12, 32, 33, 60, 66, 67, 92].

2.3.2. Tác dụng của prebiotic đối với sức khỏe con người

Nhiều nghiên cứu in vitro, trên động vật và trên con người đã đưa ra k ết luận

prebiotic tác động lên thành phần hệ vi sinh vật đường ruột [24, 46], làm tăng số lượng

vi khuẩn có lợi và giảm số lượng vi khuẩn có hại đối với sức khỏe con người trong

đường ruột [12, 15, 18, 28, 48, 99]. Như vậy, prebiotic có những tác dụng có lợi cho

sức khỏe và giảm nguy cơ mắc bệnh [17, 32, 118] một cách gián tiếp thông qua việc

làm biến đổi hệ vi sinh vật đường ruột và tạo các SCFA [44, 63, 105]. Các SCFA được

lên men từ prebiotic là acetate, propionate và butyrate với tỉ lệ khoảng 1 : 0.31 : 0.15

[40].

2.3.2.1. Tác dụng cải thiện một số chức năng của cơ thể

Cải thiện khả năng tiêu hóa và hấp thu: Quá trình vi khuẩn có lợi lên men

prebiotc sinh ra các chất chất dinh dưỡng cho niêm mạc như SCFA, polyamine [17,

18]. Các chất này làm tăng sự phát triển (tăng kích thước và số lượng) và kiểm soát sự

phân hóa của các tế bào biểu mô của niêm mạc. Do đó sự tiêu hóa và hấp thu trong

đường ruột được cải thiện [17, 98, 105].

Chống viêm nhiễm vi sinh vật: Trong cơ thể người, virus, động vật nguyên sinh,

nấm và vi khuẩn có thể gây ra viêm ruột cấp và mãn tính. Sự lây nhiễm virus đóng vai

trò chính, nhưng vi khuẩn cũng có tác động đáng kể [88]. Các vi khuẩn điển hình như

Shigella, Salmonellae, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni, E.coli, Vibrio

cholera và Clostridium prefringens [31, 92]. Vi khuẩn gây bệnh vừa có thể xâm chiếm

và phát triển trong đường ruột và sau đó xâm chiếm các mô của vật chủ, vừa có thể tạo

ra chất độc trong thực phẩm trước khi nó được tiêu thụ [31].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Prebiotic có khả năng cải thiện tính kháng vi khuẩn gây hại bằng cách làm tăng số

lượng bifidobacteria và lactobacilli [47, 88, 114], dựa trên một số cơ chế sau: [33, 41,

65, 79, 88, 92, 114, 117]

• Cạnh tranh các thụ thể (các glycolipid khác nhau), cạnh tranh với các vi sinh vật

khác, nơi vi sinh vật có thể gắn vào.

• Sản sinh các hợp chất kháng sinh chống các vi khuẩn gây hại: acid hữu cơ,

bacteriocins ( như nisin), hydrogen peroxide, diacetyl, acetaldehyde, hệ thống

lactoperoxidase , lactones, … [37, 74, 97].

• Cung cấp các chất kích thích cho sự trưởng thành và chức năng của hệ miễn

dịch ở niêm mạc [63, 98, 105, 110]: thành phần thành tế bào bifidobacteria như

peptidoglycan và acid lipoteichoc có ảnh hưởng đến hệ miễn dịch niêm mạc[23,

63]. kích thích sản sinh cytokine, tăng khả năng thực bảo của các tế bào đa nhân

và đại thực bào, tăng hoạt lực của tế bào NKH, tăng các kháng thể đáp ứng

mầm gây hại như IgA[23, 63, 95], tăng tạo màng nhầy (mucins: glycoprotein)

để vi khuẩn gây hại khó bám vào [74].

• Cạnh tranh dinh dưỡng

• Lên men các carbohydrate, sản sinh acid mạnh: acetate, lactate nên làm giảm

pH trong ruột già ở mức thấp hơn mức mà vi khuẩn gây bệnh như E.coli có thể

phát triển.

Prebiotic

Ngăn sự bám dính vi khuẩn gây hại Biến đổi chọn lọc hệ vi sinh vật

Cạnh tranh dinh dưỡng và vùng gắn Tạo SCFA Sản sinh chất kháng sinh

Giảm pH

Hình 2.5.Cơ chế chống viêm nhiễm vi sinh vật gây hại của prebiotic [18]

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Cải thiện sự hấp thu khoáng: Tiêu thụ prebiotic có thể làm tăng sự hấp thu

khoáng (calcium, magnesium, sắt và kẽm) vào cơ thể. Trong các nghiên cứu về tác

dụng của prebiotic đối với sự hấp thu khoáng, nghiên cứu về calcium là nhiều nhất

[12, 18, 44, 45, 60].

Calcium được hấp thu chủ yếu ở ruột non. Nhưng ở ruột già, calcium không được

hấp thu ở ruột non có thể tiếp tục được hấp thu, thường không quá 10% calcium đã

tiêu thụ [17,132]. Do đó, prebiotic có tác dụng giúp ruột già hấp thu tối đa calcium còn

lại sau khi qua ruột non [18].

Cơ chế tăng hấp thu calcium và khoáng [17, 114]:

• Quá trình lên men prebiotic tạo ra SCFA nên pH trong ruột già giảm. Do đó, độ

hòa tan của calcium tăng. Độ hòa tan calcium tăng làm tăng gradient qua niêm

mạc và kích thích sự hấp thu thụ động. Hầu hết các nghiên cứu chỉ ra rằng sự hấp

thu calcium chỉ xảy ra khi gradient nồng độ giảm chiếm ưu thế.

• Phytate (myoinositol hexaphosphate) là một thành phần của thực vật đến được

ruột già. Phytate kết hợp với cation hóa trị hai như calcium, kẽm, sắt tạo thành

phức bền, không tan. Khi đó, các chất khoáng không tồn tại ở dạng ion tự do nên

không thể được hấp thu qua thành ruột.

Vi khuẩn sử dụng phytate trong quá trình lên men nên giải phóng ion Ca+2 [18, 88, 92]. Ngoài ra, các acid hữu cơ được tạo ra trong quá trình lên men, đ ặc biệt là

SCFA, hình thành các gốc hòa tan với cation nên ngăn ngừa sự tạo thành phức

phytate – khoáng không tan.

• Tác động trực tiếp của các SCFA lên sự hấp thu vào tế bào bằng cách tăng trao đổi

H+ của tế bào cho Ca2+ trong ruột.

Cơ chế trao đổi calcium trong ruột già: Các SCFA được sinh ra ở ruột già ở dạng

proton hóa. Sau khi được hấp thu vào môi trường nội bào, SCFA bị phân ly thành gốc acid và proton H+. Proton được giải phóng sẽ đi vào đường ruột để trao đổi ion Ca+2. Khi đó, ion Ca2+ vào tế bào biểu mô nhờ một chất chuyên chở do vitamin D hoạt hóa. Sau đó, Ca2+ được đưa ra khỏi tế bào vào khoảng gian bào bằng bơm ATPase hay do hoán đổi với Na+ [5, 88].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Sự thiếu sắt liên quan tới bệnh thiếu máu, thiếu calcium liên quan tới bệnh loãng

xương, và kẽm liên quan tới sự phát triển và trưởng thành của bộ xương [18].

Kiểm soát lipid trong máu: Prebiotic có thể điều chỉnh hàm lượng lipid có trong

máu hay làm giảm cholesterol và triglyceride trong máu [12,81,87,114]. Cơ chế tác

dụng của prebiotic lên hàm lượng lipid trong máu:

• Các SCFA tác động đến sự hấp thu lipid và hình thành cholesterol: Butyrate ảnh

hưởng trực tiếp đến chức năng hấp thu và trao đổi của tế bào ruột nên có thể hạn

chế sự hấp thu lipid từ đường ruột và vòng tuần hoàn[132]. Propionate có thể ức

chế hoạt động của HMG-CoA reductase trong gan. Đây là enzyme tổng hợp

cholesterol. Tuy nhiên, lên men prebiotic tạo ra nhiều acetate hơn propionate và

acetae là tiền chất của cholesterol. Do đó, lượng cholesterol được tạo ra có thể vẫn

tăng [81,88] nhưng prebiotic có thể làm biến đổi tỉ lệ acetate và propionate trong

tế bào [18].

• Vi khuẩn lactic có thể đồng hóa trực tiếp cholesterol [33] hay chuyển nó thành các

chất trao đổi như coprostanol [81, 114] và loại thải theo phân [110].

Kiểm soát glucose trong máu: Prebiotic có chỉ số đường huyết của thực phẩm

thấp nên có thể làm giảm hàm lượng glucose trong máu và hạn chế sự kháng isulin

(Glycemic index – Chỉ số đường huyết của thực phẩm là chỉ số đo tốc độ tác động của

carbohydate lên hàm lượng đường trong máu [139]) [12, 97].

Ngoài ra, propionate được sinh ra từ quá trình lên men prebiotic có thể kiềm hãm

sự sinh tổng hợp glucose. Propionate được chuyển hóa thành methylmalonyl-CoA và

succinyl-CoA. Các chất này có thể ngăn enzyme carboxylase pyruvate. Propionate

cũng có thể làm giảm lượng acid béo tự do trong huyết thanh.[81] Vì lượng acid béo

tự do cao làm tăng hàm lượng glucose trong máu và sự kháng isulin [81, 132].

Sự gia tăng hàm lượng đường huyết và tăng sự kháng isulin là cơ chế chính của

bệnh tiểu đường loại 2. Vì vậy, prebiotic là thành phần thực phẩm thích hợp cho

những người mắc phải chứng bệnh này [18].

2.3.2.2.Ngăn ngừa và phòng chống một số bệnh

Ung thư đại tràng: Hiện nay, ung thư đại tràng là loại ung thư phổ biến đứng thứ

ba trên thế giới, với hơn 1 triệu trường hợp và khoảng nửa triệu trường hợp chết [18,

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

29, 59]. Ung thư đại tràng ngày càng gia tăng [43] do những nhân tố về gen và lối

sống, cùng với chế độ giàu béo và protein động vật và giảm lượng rau quả tác động [1,

4, 18, 43].

Khối u thường xuất hiện trong ruột già nhiều hơn 100 lần so với trong ruột non

[33, 88]. Do đó, người ta nghĩ r ằng hệ vi sinh vật đường ruột có liên quan đến bệnh

ung thư này [87, 89]. Nhiều vi khuẩn có enzyme glucuronidase, nitroreductase,

azoreductase, urease có thể giải phóng các chất độc và tạo khối u [59, 82, 88, 97]. Đó

là các hợp chất phenol, nitroamine, acid mật thứ cấp lithocholic, hợp chất azo,

amoniac, indole, và skatole [1, 4, 23]. Các chất này sẽ được glucuron hóa trong gan và

được tiết vào ruột cùng với muối mật. Điều này có thể dẫn đến sự tích tụ nồng độ cao

cục bộ của các hợp chất gây ung thư trong ruột, do đó, tăng nguy cơ mắc ung thư

[101].

Prebiotic có thể giảm các chất gây ung thư bởi [74]:

• Giảm số lượng các vi khuẩn gây hại – các loài sản sinh các enzyme tạo các chất

độc và chất gây đột biến [11, 18, 82, 103]. Đồng thời, số lượng các vi khuẩn có lợi

như bifidobacterium và lactobacilli tăng lên đáng kể. Chúng là những vi khuẩn

không có các enzyme trên [108].

• Khử độc các chất gây ung thư được ăn vào bằng cách bám lên các vi khuẩn có lợi

và theo phân ra ngoài [50, 97].

• Các SCFA có tác dụng phòng chống ung thư hiệu quả. Butyrate cải thiện cơ chế

gây chết tế bào theo chương trình c ủa một tế bào ung thư. Butyrate cũng ức chế

các enzyme histone acetyltransferases (HATs) và histone deacetylases (HDACs),

là những enzyme liên quan đến các quá trình sinh học trong tế bào và phát triển

khối u [97, 101, 114, 132]. Ngoài ra, propionate có tác dụng chống viêm nhiễm

đối với các tế bào ung thư đại tràng [18, 29, 43, 59, 103].

• Kích thích hệ miễn dịch chống lại tốt hơn sự sinh sôi của tế bào ung thư [23].

Chứng táo bón: Táo bón là một vấn để phổ biến trong cuộc sống hiện đại [68]. Đó

là tình trạng đi tiêu khó khăn hoặc không thường xuyên. Thông thường, chỉ có 2 – 3

lần tống thoát phân trong một tuần [5]. Do đó, chứng táo bón làm giảm chất lượng

cuộc sống của người bệnh rất nhiều [68]. Nhiều nhân tố góp phần gây sự phát triển của

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

táo bón mãn tính như: tuổi tác; thay đổi khẩu phần ăn, giảm tiêu thụ sản phẩm chứa xơ

và uống ít nước; uống thuốc; ngồi nhiều và ít vận động thể chất; rối loạn nội tiết và

chức năng, các bệnh liên quan đến thần kinh và đường ruột [2, 5, 8, 50]. Người già và

phụ nữ mang thai là những đối tượng hay mắc phải chứng táo bón [21].

Prebiotic có thể giảm chứng táo bón theo 2 cơ chế sau: [18, 21, 60, 68, 130]

• Prebiotic kích thích sự phát triển của vi khuẩn nên sinh khối của vi khuẩn tăng và

khối lượng phân tăng theo.

• Prebiotic và SCFA được tạo ra do quá trình lên men prebiotic có thể kích thích sự

nhu động ruột và làm tăng ẩm trong phân nhờ tăng áp suất thẩm thấu. Cho đến

nay, chỉ có lactulose được xem là prebiotic có tính nhuận tràng, có tác động giải

quyết được chứng táo bón [11, 18].

Qua các nghiên cứu về chứng táo bón ở người già, người ta thấy sự đi tiêu của họ

được cải thiện đáng kể thông qua tần suất đi tiêu tăng và phân mềm hơn [18, 21]. Tuy

nhiên, quá trình lên men nhanh prebitoc trong tràng lên tạo nhiều khí và gây sình bụng,

làm cho người bệnh không thoải mái [8].

2.3.3. Các vấn đề khi sử dụng prebiotic

2.3.3.1. Liều lượng sử dụng

Liều lượng sử dụng mỗi loại prebiotic không giống nhau: FOS ( 3 – 20 g/ngày đối

với người lớn, 0.4 – 3.0 g/ngày đối với trẻ nhỏ) [12], GOS (10 – 20 g/ngày), lactulose

(8 – 20 g/ngày) [58, 60]. Tuy nhiên, liều lượng sử dụng prebiotic được khuyến cáo là

từ 5 g/ngày và có thể đến 15 – 20 g/ngày [45, 98]. Trong công nghệ thực phẩm, người

ta thường bổ sung prebiotic với liều lượng thấp nhất để phát huy tác dụng[33,94].

Sử dụng prebiotic với liều lượng cao (> 20 g/ngày) có thể gây ra nhuận trường

(tăng số lần đi vệ sinh và lượng phân) và một số khó chịu khác như: đầy hơi, đau bụng,

trương bụng, co thắt ruột, tiêu chảy [32, 58, 89, 68, 94, 97]. Ngoài ra, khi tiêu thụ

prebiotic thường xảy ra hiện tượng trương bụng, gây khó chịu cho người dùng. Do đó,

các sản phẩm mới chứa prebiotic được phát triển có hướng chọn lọc đối với các loại vi

khuẩn không tạo khí [12, 33].

2.3.3.2. Hiệu quả sử dụng

Tác dụng của prebiotic chỉ mang tính chất tạm thời khi được tiêu thụ. Theo các

nghiên cứu, khi điều trị với prebiotic, hệ vi sinh vật đường ruột thay đổi rõ rệt nhưng

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

khi không điều trị nữa, tác động lên hệ vi sinh vật không còn nữa. Do đó, để đạt hiệu

quả mong muốn cần phải sử dụng prebiotic hàng ngày trong khoảng thời gian dài [12].

2.3.3.3. Tính an toàn khi sử dụng

Theo nhiều nghiên cứu, việc sử dụng prebiotic trong thời gian dài không đem lại

nguy cơ gây bệnh nào, đặc biệt là đối với trẻ sơ sinh và trẻ em [12,55,99]. Ngoài ra, có

nhiều loại rau quả quen thuộc có sẵn prebiotic tự nhiên và đã được sử dụng từ rất lâu

mà không gây nguy hại nào [12].

Ở châu Âu, prebiotic được sử dụng phổ biến là FOS, GOS và lactulose. Trong khi

đó, thị trường Nhật Bản có các loại prebiotic đa dạng hơn [92,94]. Prebiotic được dùng

trong các sản phẩm sữa dành cho trẻ trong hơn 2 thập kỉ qua ở Nhật Bản và trong hơn

5 năm qua ở châu Âu [18].

Các prebiotic có là dạng ‘được đánh giá là an toàn’ (GRAS) tại Mỹ, dạng ‘thực

phẩm chức năng’ tại EU và được đánh giá là ‘thực phẩm có lợi cho sức khỏe’ (125,

Foods for Specified Health Use) tại Nhật Bản [12,18,48,60,67,97,125].

2.4. Phương pháp sản xuất prebiotic

Hiện nay, có 3 phương pháp chính để sản xuất prebiotic [12,21,31,33,58]:

(1) Phương pháp vật lý: Chiết tách trực tiếp oligosaccharide tự nhiên từ thực vật:

• Oligosaccharide đậu nành từ whey đậu nành

• Inulin từ chicory

• Tinh bột bền từ ngô.

(2) Phương pháp hóa học: Chuyển hóa có xúc tác từ carbohydrate:

• Lactulose từ quá trình đồng phân hóa lactose trong môi trường kiềm.

• Lactitol từ quá trình hydro hóa lactose.

• Agaro-oligosaccharide từ thủy phân bằng acid hydrochloric, acid citric.

(3) Phương pháp enzyme:

Thủy phân có kiểm soát polysaccharide tự nhiên, có thể có thêm quá trình sắc kí

để tinh sạch prebiotic:

• FOS từ inulin (enzyme inulinase)

• XOS từ arabinoxylan (xylan lõi ngô, enzyme xylanase)

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

từ pectin (pectin đậu nành, enzyme endo- • Pectic-oligosaccharide

polygalacturonase)

Glycosyl hóa - quá trình tổng hợp bằng cách sử dụng enzyme thủy phân và/hoặc

glycosyl transferase có nguồn gốc từ thực vật hoặc vi sinh vật, có thể có thêm quá

trình sắc kí để tinh sạch prebiotic:

• GOS từ lactose (β-galactosidase)

• ScFOS từ sucrose ( β-fructosyltransferase) hoặc fructose

• Lactosucrose từ lactose và sucrose (β-fructo-furanosidase)

• Gluco-oligosaccharides từ sucrose (enzyme dextran sucrase)[9,19,60,71,88].

Quá trình chiết xuất hóa học oligosaccharide từ thực phẩm có thể làm cho sản

phẩm có màu hay hương vị không mong muốn. Ngoài ra, chế phẩm prebiotic thu được

thường là hỗn hợp các polysaccharide với độ dài ngắn khác nhau. Đôi khi, sự hiện diện

của các mono- và disaccharide có thể làm giảm tính chọn lọc của prebiotic. Phương

pháp enzyme tạo sản phẩm ít lẫn sản phẩm phụ hơn [12].

Chiết tách Raffinose Củ cải đường

Glycosyl hóa FOS Sucrose

Glycosyl hóa Lactosucrose

Chiết tách Đồng phân hóa Lactulose Sữa bò Lactose

Glycosyl hóa GOS

Thủy phân Tinh bột Tinh bột hòa tan IMO Thủy phân và Glycosyl hóa

Chiết tách Đậu nành Whey đậu nành Chiết tách Oligosaccharide đậu nành

Thủy phân Xylan XOS

Hình 2.6. Sơ đồ sản xuất một số prebiotic theo các phương pháp khác nhau ( Sako et

al,1999).[31,113]

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Bảng 2.4. Các nhà sản xuất prebiotic trên thế giới [58]

Tên sản phẩm Đặc điểm sản phẩm

Tên công ty và địa chỉ Galactooligosaccharides Yakult Honsha Co. Ltd., Nhật Bản www.yakult.co.jp

Nissin Sugar Mfg. Co. Ltd., Nhật Bản www.nissin-sugar.co.jp

Oligomate 55 Oligomate 55P TOS-100 Cup-Oligo H-70 Cup-Oligo P Vivinal GOS

Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide >55% rắn Dạng bột, Oligosaccharide >55% Dạng bột, Oligosaccharide >99% Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide ~70% rắn Dạng bột, Oligosaccharide ~70% Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide ~60% rắn

Friesland Foods Domo, Hà Lan www.borculodomo.com Lactulose Morinaga Milk Industry Co., Nhật Bản www.morinagamilk.co.jp

Solvay, Đức www.solvay.com

MLS-50 MLC-A Duphalac Cephulac Syrup chứa 70% rắn, Lactulose ~70% rắn Bột (anhydride), lactulose 98% Syrup chứa >70% rắn, Lactulose >74% rắn Dạng bột, lactulose > 95%

Lactosucrose Ensuiko Sugar Refining Co., Nhật Bản www.ensuiko.co.jp

Hayashibara Shoji Inc., Nhật Bản www.hayashibara.co.jp

Nyuka-Ogiro LS-40L Nyuka-Ogiro LS-55L Nyuka-Ogiro LS-55 Newka-Oligo LS-35 Newka-Oligo LS-55L Newka-Oligo LS-55P Syrup chứa 72%(w/v) rắn Lactosucrose ~ 42% rắn Syrup chứa 75%(w/v) rắn Lactosucrose ~ 55% rắn Bột, lactosucrose ~ 55% Syrup chứa 72%(w/v) rắn Lactosucrose ≥ 35% rắn Syrup chứa 75%(w/v) rắn Lactosucrose ≥ 55% rắn Bột, lactosucrose ≥ 55%

LACTY Bột, lactitol 96%

Lactitol Finlac DC Bột Bột

Lactitol PURAC, Hà Lan www.purac.com Danisco www.danisco.com Fructooligosaccharides Meiji Seika Kaisha, Nhật Bản Meioligo P Bột, Oligosaccharide 95%

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

www.meiji.co.jp Meioligo G

Beghin-Meiji Industries, Pháp www.beghin-say.fr

Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide ~55% rắn Bột, Oligosaccharide 95% Actilight P Syrup chứa 75% (w/v) rắn Actilight G Oligosaccharide ~55% rắn NutraFlora scFOS Bột, Oligosaccharide 95%

Golden Technologies Co., GTC Nutrition, Mỹ www.nutraflora.com Oligofructose và Inulins Beneo-ORAFTI, Bỉ www.beneo.orafti.com

Orafti L60 Orafti L85 Orafti L95 Orafti P95 Orafti Synergy1 Orafti ST Orafti HP Fibrulose F90 và F97 Fibruline Frutafit-inulin Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide > 60% rắn Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide > 85% rắn Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide > 95% rắn Bột, oligosaccharide >95% Bột, hỗn hợp inulin và oligofructose. Bột, inulin > 90% Bột, inulin > 99.5% Oligofructose Inulin Bột

Cosucra SA, Bỉ www.cosucra.com Sensus C.V., Hà Lan www.sensus.nl Isomaltooligosaccharides Showa Sangyo Co., Nhật Bản www.showa-sangyo.co.jp

Isomalto-500 Isomalto-900 Isomalto-900 Biotose # 50 Panorich Nihon Shokuhin Kako Co., Nhật Bản www.nisshoku.co.jp

Panorup

Hayashibara Shoji Inc., Nhật Bản www.hayashibara.co.jp Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide > 50% rắn Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide > 85% rắn Bột, oligosaccharide >85% Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide > 50% rắn Syrup chứa 75% (w/v) rắn, Oligosaccharide ≥50% rắn, có panose ≥ 25% Syrup chứa ≥74% (w/v) rắn, Oligosaccharide ≥50% rắn,

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

có panose ≥ 25%

Soya-oligo

Syrup chứa 75% (w/v) rắn soybean-oligosaccharides 35% rắn

Soybean-oligosaccharides The Calpis Food Industry Co., Nhật Bản www.calpis.net Xylooligosaccharides Suntory Ltd., Nhật Bản www.suntory.com

Syrup chứa 75% (w/v) rắn Oligosaccharide ~70% rắn Bột, oligosaccharide ~20% Bột, oligosaccharide ~35% Bột, oligosaccharide ~95%

Tinh bột bền Penford Australia Ltd., Australia www.penford.com National Chemical & Starch Company, Mỹ www.nationalstarch.com Xylo-oligo 70 Xylo-oligo 20P Xylo-oligo 35P Xylo-oligo 95P Hi-Maize Culture-Pro Hylon VII Novelose 330 Novelose 240

2.5. Probiotic và synbiotic

2.5.1. Probiotic

Năm 1905, tiến sĩ người Nga Elie Metchnikoff là người đầu tiên viết về lợi ích đối

với sức khỏe của vi khuẩn lactic có trong sữa chua Bulgaria. Những người nông dân

Bulgaria đã s ử dụng sữa chua thường xuyên và liên tục đều sống lâu và khỏe mạnh

[65, 76, 103]. Từ đó, có nhiều công bố về lợi ích sức khỏe do vi sinh vật trong thực

phẩm lên men mang lại.

Tuy nhiên, thuật ngữ ‘probiotic’, theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là ‘dành cho s ự

sống’, xuất hiện đầu tiên bởi Lilly và Stillwell vào năm 1965 để mô tả những chất do

một loại vi sinh vật tạo ra để kích thích sự phát triển của vi sinh vật khác cùng loại.

Kể từ đó, có nhiều định nghĩa probiotic được đưa ra với những quan điểm đối lập

nhau là phải duy trì khả năng sống của probiotic hay không cần duy trì. Năm 2001,

một ủy ban giữa Tổ chức Nông lương thế giới (FAO) và Tổ chức Y tế thế giới (WHO)

đã định nghĩa probiotic như sau: ‘đó là những vi sinh vật sống, khi được cung cấp đủ

số lượng, sẽ mang lại sức khỏe cho vật chủ’ [27, 58, 85, 90, 111]. Định nghĩa này nhấn

mạnh lại tầm quan trọng của khả năng sống của probiotic trong sản phẩm và được

chấp nhận trên toàn cầu [27].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

*Bact: bacteroides, Bif: bifidobacteria, Clost: clostridia, Coli: E.coli, Eub: eubacteria, Lab: lactobacilli

(a) hệ vi sinh vật sau khi bổ sung prebiotic (b) hệ vi sinh vật trước khi bổ sung prebiotic và probiotic (c) hệ vi sinh vật sau khi bổ sung probiotic

Mô ruột/chức năng

Hình 2.7.Tác động của prebiotic và probiotic đến hệ vi sinh vật ruột già. [32] Dựa vào những nghiên cứu lâm sàng về tác dụng có lợi của probiotic đối với sức

khỏe con người, người ta đưa ra những đặc tính cần có của vi sinh vật probiotic như

sau: [36, 40, 85, 118]

1. Có nguồn gốc từ hệ vi sinh vật đường ruột của người.

2. Tồn tại được dưới những điều kiện vật chủ

3. Sinh sản nhanh và/hoặc chiếm ưu thế trong ruột già

4. Tồn tại được với hệ miễn dịch và chống lây nhiễm của vật chủ

5. Kích thích miễn dịch đối với hệ thống miễn dịch của chất nhầy

6. Sản sinh các hợp chất kháng sinh

7. Chống chất gây ung thư và vi khuẩn gây bệnh

8. Được đánh giá là an toàn, không gây bệnh, không độc, không dị ứng, không gây

đột biến, hay không gây ung thư

9. Ổn định, không có plasmid sao chép

10. Có đặc tính công nghệ để dễ ứng dụng

11. Hoạt động trao đổi chất theo hướng có lợi cho sức khỏe

12. Tác dụng tốt đối với sức khỏe

13. Có khả năng để tái tổ hợp protein và peptide

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Cho đến nay, vi sinh vật probiotic hay được gọi là probiotic được phát hiện bao

gồm: Lactobacillus, Bifidobacterium, Propionibacterium, Bacillus, Escherichia,

Enterococcus, và Saccharomyces (bảng 2.5). Trong đó, Lactobacillus và

Bifidobacterium là 2 loài lý tư ởng để kết hợp với thực phẩm. Chúng tồn tại trong ống

tiêu hóa, chịu được acid và mật, có khả năng bám vào các tế bào đường ruột, và là loại

GRAS [27,78]. Lactobacilli được sử dụng trong thực phẩm nhiều hơn bifidobacteria vì

bifidobacteria có nguồn gốc trong đường ruột, nhạy cảm với oxy, yêu cầu điều kiện

phát triển khắt khe hơn nên ít có tính công nghệ hơn. Ngoài propionibacteria và

enterococci, các loài khác thường không được sử dụng trong thực phẩm lên men

nhưng được sử dụng để làm thành phần bổ sung chế độ dinh dưỡng ở dạng viên nang,

bột,…[27].

Bảng 2.5. Các vi sinh vật probiotic [95]

Nguồn: Holzhapfel và cộng sự (2001).

Lactobacillus Bifidobacterium Các vi khuẩn lactic khác Các vi sinh vật khác

Probiotic khó vượt qua được các acid hay enzyme như prebiotic [98], do đó, liều lượng số lượng vi sinh vật probiotic trong sản phẩm thực phẩm phải đạt tối thiểu là 107

tế bào/ml để đảm bảo hiệu quả tác dụng của probiotic [27, 97].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Probiotic được sử dụng nhiều trong các sản phẩm sữa lên men, đặc biệt là yogurt

[37], thường được gọi là bio-yogurt [95].

2.5.2. Synbiotic

Năm 1995, Gibson và Roberfroid đã đưa ra định nghĩa synbiotic, là ‘một hỗn hợp

của probiotic và prebiotic có tác dụng tốt đối với sức khỏe vật chủ, bằng cách cải thiện

khả năng sống sót và bám trụ trong đường ruột của chất bổ sung chứa vi sinh vật sống,

bằng cách kích thích chọn lọc sự phát triển và/hoặc hoạt động trao đổi chất của một

hay một vài loại vi khuẩn có lợi và do đó cải thiện sức khỏe vật chủ’ [31].

Sử dụng synbiotic nhằm kích thích sự phát triển hoặc hoạt động của vi khuẩn

bifidobacteria và lactobacilli ban đầu có trong đường ruột bằng cách sử dụng kết hợp

carbohydrate thích hợp với một hay một vài chủng probiotic. Khi đó, prebiotic có thể

bảo vệ probiotic trong quá trình tiêu hóa đ ể đảm bảo tính ổn định của nó khi đến ruột

già. Ngoài ra, prebiotic có thể tăng cường sự phát triển của chủng preobiotic và của hệ

vi sinh vật đường ruột [12, 90]. Qua các nghiên cứu, người ta thấy synbiotic có thể tác

dụng ở cả ruột non và ruột già [12, 31, 45].

Bổ sung synbiotic (gồm probiotic và prebiotic) vào sản phẩm sẽ tăng chi phí sản

xuất và tăng giá cả của sản phẩm. Vì vậy, thị trường các sản phẩm synbiotic phát triển

chậm hơn so với các sản phẩm chứa probiotic và sản phẩm chứa prebiotic. Mặt khác,

các vi khuẩn trong sản phẩm chứa probiotic có thể tổng hợp oligosaccharide ngay

trong sản phẩm nhưng với số lượng rất hạn chế [80, 93].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

CHƯƠNG 3: CÁC PREBIOTIC ĐƯỢC BỔ SUNG TRONG CÁC SẢN PHẨM SỮA

3.1. Galactooligosaccharide (GOS)

3.1.1. Giới thiệu về GOS

Galactooligosaccharide là prebiotic có trong sữa, được sinh tổng hợp từ lactose

[32, 88]. GOS có trong sữa mẹ với lượng rất thấp khoảng 1 g/l, tồn tại với lượng vết

trong sữa bò và yogurt [32].

Trước kia, GOS được xem là sản phẩm phụ trong công nghiệp chế biến sữa GOS

[28,32,38]. Đó là kết quả hoạt động của enzyme β-galactosidase của canh trường nuôi

cấy trong sữa lên men. Tuy nhiên, người ta thấy rằng, một lượng GOS rất nhỏ trong

sữa mẹ góp phần thiết lập hệ vi sinh vật có lợi trong đường ruột của trẻ được nuôi

bằng sữa mẹ. Trong đó, bifidobacteria là loại vi khuẩn chiếm ưu thế [21,32].

GOS là hỗn hợp gồm các oligosaccharide được cấu tạo bởi các đơn vị β-(1-4)

galactopyranosyl thường được nối với nhau bởi liên kết β-(1-6) hay β-(1-4) và có thể

có gốc glucopyranosyl ở đầu khử thông qua liên kết β-(1-4). Trisaccharide có thể được

gọi là 4’- hoặc 6’-galactosyllactose nếu liên kết giữa các gốc galactose là β -(1- 4) hay

β-(1-6). Mức độ polymer hóa (DP) của GOS là 2 – 10 [18,21,52,93,94].

Hình 3.1. Cấu trúc phân tử của GOS [36]

GOS được sản xuất theo phương pháp enzyme có thể được gọi với nhiều tên gọi

khác nhau: transgalacto-oligosaccharides, transgalactosylated oligosaccharide, trans-

GOS, TOS, hay oligogalactosyl-lactose [21].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

3.1.2.Kỹ thuật sản xuất GOS

GOS được sản xuất thương mại bằng phương pháp enzyme, bởi hoạt tính

transgalactosyl của β-galactosidase sử dụng cơ chất lactose [40].

3.1.2.1.Enzyme tổng hợp GOS

Tên gọi: Enzyme β-galactosidase hay β-D-galactoside galactohydrolase (EC

3.2.1.23) là enzyme được gọi với tên thường là lactase [38,49,64].

Nguồn gốc: β-galactosidase tồn tại trong thực vật ( đào, mơ, hạnh nhân), động vật

(mô ruột, não, da) và vi sinh vật (nấm men, vi khuẩn, nấm mốc) [31,35,49,73].

Enzyme có nguồn gốc từ vi sinh vật cho hiệu suất cao nên được sử dụng để sản xuất

thương mại [18, 31, 38, 64].

Trong sản xuất GOS thương mại, các enzyme được chiết tách chủ yếu từ các

giống: Kluyveromyces, Aspergillus, Streptococcus, Bacillus, Cryptococcus (bảng 3.1)

[18, 49, 77].

Ngoài ra, enzyme β-galactosidase cũng đư ợc tìm thấy trong các loài vi khuẩn

probiotic [18, 49]. Những loài vi khuẩn probiotic có thể tổng hợp GOS như:

Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium pseudolongum, Bifidobacterium bifidum

BB, Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium angulatum, and Bifidobacterium

infantis[31], Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus,

Lactobacillus animalis, Lactobacillus reuteri [57]. Sản phẩm oligosaccharide của

những loài này sẽ được chuyển hóa dễ dàng hơn bởi vi khuẩn probiotic trong đường

ruột. Sản phẩm tạo thành là hỗn hợp gồm những oligosaccharide mạch thẳng hoặc

nhánh [18, 31].

Đặc điểm: Enzyme β-galactosidase có kích thước phân tử là 36 – 362 kDa, chứa 4

subunit [35, 91]. Enzyme từ nấm men và vi khuẩn là enzyme nội bào và enzyme từ

nấm mốc là enzyme ngoại bào [49, 64]. Vì vậy, trong sản xuất GOS, enzyme từ nấm

men và vi khuẩn phải được chiết tách ra khỏi tế bào. Enzyme từ nấm mốc được thu

nhận trong canh trường nuôi cấy [18].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Bảng 3.1. Một số loài vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất GOS thương mại

[62, 64]

Loài vi sinh vật pH Nhiệt độ Sản phẩm ban đầu và

tối thích tối thích kiểu liên kết

Kluyveromyces marxianus 6.0 – 7.0 37 – 45 6’-galactosyllactose

ssp.lactis

Kluyveromyces fragilis 6.9 – 7.3 40 – 44 6’-galactosyllactose

Aspergillus oryzae 3.5 – 6.5 50 – 55 6’-galactosyllactose

Aspergillus niger 3.0 – 4.0 55 – 65 6’-galactosyllactose

Streptococcus thermophilus 6.5 – 7.5 55 - 57 3’-galactosyllactose

Bacillus circulans 6.0 55 – 60 4’-galactosyllactose

Bacillus stearothermophilus 6.0 – 6.4 50 – 65 4’-galactosyllactose

Cryptococcus laurentii 4.3 55 - 60 4’-galactosyllactose

Cơ chế tổng hợp GOS: Enzyme β-galactosidase có nguồn gốc từ nhiều loài vi sinh

vật khác nhau sẽ có các đặc tính khác nhau như khối lượng phân tử, độ dài mạch

polypeptide, và vị trí của trung tâm hoạt động [38,64]. Tuy nhiên, chúng đều có các

amino acid như nhau ở trung tâm hoạt động. Đó là histidine đóng vai trò như là m ột

chất ái nhân/base (nhận proton) và cysteine như là một acid (cho proton). Hiện nay, có

một giả thiết mới là β-galactosidase từ các vi sinh vật khác nhau có 2 gốc acid

glutamic (Glu482 và Glu551) ở trung tâm hoạt động. Một gốc acid glutamic như là

chất cho proton và gốc acid còn lại là chất nhận proton. Chúng tham gia đồng thời

trong phản ứng enzyme [18,38]:

• Bước đầu tiên được gọi là bước glycosyl hóa. Một acid carboxyl ở trung tâm hoạt

động cho một proton vào nguyên tử oxy liên kết [18], giải phóng glucose [38,55].

Đồng thời, một acid carboxyl khác gắn vào galactosyl như là một chất ái nhân

[18], hình thành phức enzyme-galactosyl [38,55]

• Bước thứ hai là bước deglycosyl [18]. Phức enzyme-galactosyl được chuyển đến

một chất nhận chứa nhóm hydroxyl [38,55]. Acid carboxyl thứ nhất đã cho m ột

proton sẽ hoạt hóa chất nhận chứa nhóm hydroxyl, bằng cách nhận proton từ chất

nhận đó [18]. Đồng thời, các phân tử nước hay các phân tử đường trong hỗn hợp

phản ứng có thể là chất ái nhân, để nhận gốc galactosyl từ phức enzyme-galactosyl

[64]. Đây là sự xúc tác cho phản ứng thủy phân hay galactoyl hóa, phụ thuộc vào

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

nồng độ tương đối của các chất nhận có chức hydroxyl là nước hay carbohydrate

[18,62]. Trong dung dịch lactose được làm loãng, nư ớc nhiều hơn các đường khác

như glucose, lactose, có thể cạnh tranh hơn để làm chất nhận, do đó, galactose

được hình thành và đư ợc giải phóng từ trung tâm hoạt động. Nếu dung dịch có

lượng lactose cao, phân tử lactose có nhiều cơ hội hơn để là chất nhận, nối với

phức enzyme-galactosyl [38, 55] tạo ra trisaccharride. Trisaccharide có thể đóng

vai trò là chất nhận để tạo nên tetrasaccharide, pentrasaccharide hay

hexasaccharide [18, 21, 31, 72].

Hình 3.2. Cơ chế phản ứng galactosyl hóa [21].

Như vậy, β-galactosidase hoạt động xúc tác cho phản ứng thủy phân và phản ứng

galactosyl hóa. Quá trình tổng hợp GOS có bản chất là quá trình galactosyl hóa [25].

Quá trình galactosyl hóa bao gồm phản ứng giữa các phân tử và phản ứng nội phân tử:

• Phản ứng nội phân tử là quá trình phức enzyme-galactosyl chuyển trực tiếp đến

đồng phân vị trí glucose được sinh ra từ lactose. Liên kết glycosidic của lactose [β-

(1-4)] được tách ra và hình thành ngay lại ở vị trí khác của phân tử glucose trước

khi nó khuếch tán ra khỏi trung tâm hoạt động. Đây là cách allolactose (β -(1-*6)

được hình thành dù lượng glucose tự do không nhiều.

• Phản ứng giữa các phân tử là quá trình phức enzyme-galactosyl chuyển đến các

phân tử di-, tri-, tetra-, và pentasaccharides khác. Kết quả là các oligosaccharide

dài hơn được tạo thành.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

GOS được hình thành có thể được xem là chất trung gian vì chúng cũng có th ể là

cơ chất cho quá trình thủy phân. Vì tất cả những lý do trên, thành phần và hàm lượng

GOS sinh ra thay đổi nhanh theo thời gian phản ứng. Cấu trúc hóa học và thành phần

của GOS phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc enzyme [64].

Hình 3.3. Cấu trúc phân tử của allolactose và galactobiose.[64]

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng galactosyl hóa: Trong suốt quá

trình phản ứng, số lượng và bản chất của hỗn hợp oligosaccharide hình thành (kiểu

liên kết giữa các đường galactose và DP) bị tác động bởi hoạt tính transferase (Ut) và

hoạt tính thủy phân (Uh) của enzyme. Tỉ lệ này phụ thuộc vào nguồn gốc enzyme, từ

đó đưa ra những điều kiện phản ứng (pH, nhiệt độ, thời gian) và nồng độ và bản chất

của cơ chất khác nhau. Như vậy, nguồn gốc là yếu tố quyết định hiệu suất phản ứng

galactosyl hóa [18, 21, 31, 32, 52, 77, 91, 94]:

• Tỉ lệ hoạt tính transferase và hoạt tính thủy phân (Ut/Uh): Enzyme có tỉ lệ Ut/Uh

càng cao thì hiệu suất tổng hợp GOS càng tăng. Để tăng hiệu suất phản ứng, người

ta cũng c ải thiện tỉ lệ Ut/Uh của enzyme β-galactosidase bằng cách sử dụng kỹ

thuật gen. Enzyme chuyển gen sử dụng khoảng 90% lactose để tạo thành GOS

trong khi chỉ có 10% lactose bị thủy phân. Tỉ lệ Ut/Uh là 9:1 này được duy trì

trong dung dịch lactose có nồng độ từ 10 – 40% (w/w) [18].

• pH tối thích: Lactase từ nấm men có pH tối thích là 6.0 – 7.0, từ nấm mốc có pH

2.5 – 4.5, và từ vi khuẩn có pH 6.5 – 7.5. Do đó, lactase nấm mốc được sử dụng

trong whey acid. Lactase từ nấm men và vi khuẩn thích hợp cho sữa (pH 6.6) và

whey ngọt (pH 6.1) [49, 91].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

• Khả năng chịu nhiệt [18]: So với enzyme từ nấm men, β-galactosidases của nấm

mốc chịu nhiệt hơn, nhưng nó nhạy cảm với sự ức chế hơn, chủ yếu bởi galactose

[38].

• Ảnh hưởng của ion kim loại: Hoạt lực của các β -galactosidases khác nhau phụ

thuộc vào sự hiện diện của ion kim loại. β-galactosidases từ nấm mốc hoạt động

không cần các ion đóng vai trò là cofactor. Enzyme t ừ nấm men, ví dụ β- galactosidase từ Kluyveromyces lactis cần có ion như Mn2+, Na+; β-galactosidase từ Kluyveromyces fragilis cần Mn2+, Mg2+, K+ . Nói chung, cation hóa trị hai như Mn2+ và Mg2+ có thể làm tăng hoạt lực của β-galactosidase. Cation hóa trị một có thể có tác động tích cực hoạt tiêu cực đến hoạt động của enzyme. Tuy nhiên, Ca2+ và các kim loại nặng đều ức chế hoạt động của tất cả β-galactosidases [64]. Hầu

hết calcium trong sữa được nối với casein và do đó không tự do trong dung dịch.

Nên β-galactosidase hoạt động trong sữa sẽ không bị ức chế [49].

• Ảnh hưởng nồng độ cơ chất và nhiệt độ phản ứng: Phản ứng galactosyl hóa đạt

hiệu quả cao ở nồng độ cơ chất ban đầu cao [20,55,91]. Tuy nhiên, lactose có tính hòa tan thấp nên hạn chế cho hiệu suất của phản ứng. Ở 250C, 25% (w/v) lactose tan được trong nước [91].

Khi nồng độ lactose càng cao cũng s ẽ làm giảm hoạt độ nước của dung dịch

phản ứng. Hoạt độ nước ảnh hưởng đến mức độ polymer hóa của sản phẩm GOS

hình thành. Hoạt độ nước thấp sẽ có xu hướng tạo trisaccharide và hoạt độ nước

cao hơn sẽ tổng hợp nên GOS có độ dài lớn hơn [18].

Thông thường, người ta tăng nhiệt độ để tăng tốc độ phản ứng và tăng khả

năng hòa tan của lactose. Đồng thời, tăng nhiệt độ cũng ngăn ngừa sự kết tinh của

lactose và làm giảm độ nhớt của cơ chất để hoạt tính tranferase có ưu thế hơn hoạt

tính thủy phân [18]. Do đó, đối với những enzyme ưa nhiệt, phản ứng tổng hợp có thể được tiến hành ở nhiệt độ cao (50 – 800C) với nồng độ lactose cao hơn [31,91], nhằm tăng hiệu suất phản ứng [18].

Hai loại β-galactosidases được sử dụng nhiều trong chế biến công nghiệp là loại

bền nhiệt và loại hoạt động lạnh. Loại bền nhiệt, liên quan đến giảm độ nhớt của dung

dịch phản ứng và giảm sự tạp nhiễm vi sinh vật không mong muốn. Loại hoạt động

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

lạnh cung cấp các sản phẩm sữa dưới những điều kiện ôn hòa để mùi vị và giá trị dinh

dưỡng vẫn không thay đổi.[64]

1.2.2.Quy trình sản xuất GOS

Dung dịch lactose

Galactosyl hóa β-galactosidase

Khử màu

Khử khoáng

Tinh sạch

Cô đặc Sấy

GOS syrup GOS (bột)

Hình 3.4. Sơ đồ quy trình sản xuất GOS trên quy mô công nghiệp (Matsumoto,1990

và Sako et al.,1999). [18,31,62]

Nguyên liệu để sản xuất GOS thương mại là dung dịch lactose được chiết tách từ

whey có nồng độ cao, khoảng 20 – 40 % (w/v). Tuy nhiên whey chứa lactose ở nồng

độ cao vẫn được sử dụng để sản xuất GOS [18, 21, 94].

Kỹ thuật sản xuất GOS có thể dùng enzyme tự do để sản xuất theo mẻ hoặc hệ

thống cố định để sản xuất theo mẻ hoặc liên tục [31]. Kỹ thuật cố định enzyme β-

galactosidase gồm hấp phụ không hóa trị, liên kết hóa trị, nhốt và

encapsulation[25,38]. Chất mang để cố định có thể là cotton, chitosan, agarose,

chitosan được xử lí glutaraldehyde [38,91]. Thiết bị phản ứng có thể được thiết kế để

sản xuất GOS theo mẻ hoặc liên tục. Cho nguyên liệu và enzyme β -galactosidase vào

trong thiết bị phản ứng [18]. Điều chỉnh nhiệt độ phản ứng thích hợp, khoảng 45 – 850C [62].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Dung dịch sau khi phản ứng được đem đi khử màu và khử khoáng bằng phương

pháp trao đổi ion hay sử dụng than hoạt tính.

Quá trình tinh sạch oligosaccharide có thể được thực hiện để thu được sản phẩm

có hàm lượng GOS cao hơn. Phương pháp sắc kí hay lọc nano được sử dụng để loại bỏ

các đường đơn, đường đôi [18,62]. Đường đơn thu được (galactose và glucose) có thể

làm chất tạo ngọt. Đường đôi (lactose) thu được có thể cho vào lại thiết bị phản ứng để

tạo GOS [62].

Cuối cùng, dung dịch được cô đặc bằng nhiệt đến 67 – 75% chất khô để sản xuất

GOS dạng syrup hay đến 50% chất khô và được sấy phun để sản xuất GOS dạng bột

có 3 – 4 % ẩm[18].

Sản phẩm GOS thương mại (không có quá trình tinh sạch) là hỗn hợp của hơn

55% oligosaccharide và còn lại là lactose, glucose, galactose (tính theo hàm lượng chất

khô) [18,52,94]. Sản phẩm GOS tinh sạch có khoảng 90 – 98% oligosaccharide theo

phần trăm tổng hàm lượng chất khô [62].

3.1.3. Các đặc tính công nghệ của GOS

Trạng thái của GOS trong thực phẩm là không màu. GOS là thành phần chất xơ,

góp phần tạo cấu trúc và tạo cảm giác trong miệng.

GOS có vị ngọt với độ ngọt bằng khoảng 0.3 – 0.6 lần độ ngọt của sucrose.

Độ hòa tan của GOS cao. Khi GOS tan trong nước sẽ tạo dung dịch có độ nhớt

như syrup high fructose.

Tính bền của GOS thể hiện qua tính ổn định ở nhiệt độ cao và ở khoảng pH rộng.

Vì vậy, GOS được sử dụng trong nhiều loại thực phẩm mà không bị phân hủy. GOS không bị thay đổi sau khi được xử lí ở 1600C, trong 10 phút ở pH trung tính, hay sau khi được xử lí ở 1200C trong 10 phút ở pH = 3, hay 1000C trong 10 phút ở pH = 2. Trong khi đó, ở những điều kiện trên, hơn 50% sucrose sẽ bị phân hủy. Ở điều kiện có

acid pH = 2, ở nhiệt độ thường, GOS vẫn có thể ổn định trong vài tháng, nên GOS có

thể làm chất mang trong rau quả được làm lạnh [18,62,94]. Vì tính hòa tan và ổn định

cao, GOS đặc biệt thích hợp cho các sản phẩm acid như nước ép trái cây và các sản

phẩm sữa lên men, kẹo, và thức uống có tính acid [21,94,98].

Khả năng giữ ẩm của GOS cao, ngăn ngừa sự quá khô trong các loại bánh nướng,

đặc biệt là bánh mì. GOS không bị phân hủy bởi quá trình lên men của nấm men và

quá trình nướng bánh, tạo bánh mì có mùi vị và cấu trúc tốt. Ngoài ra, GOS làm giảm

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

hoạt độ của nước, giúp kiểm soát sự lây nhiễm vi sinh vật và giảm sự tạo màu do

phản ứng Maillard trong các sản phẩm được xử lí nhiệt vì nó có ít đầu khử [18,62].

Khả năng chống sâu răng của GOS là do GOS có thể chống lại sự phân giải của

nước bọt và không bị vi sinh vật trong miệng sử dụng. Do đó, GOS được dùng như là

thành phần thay thế đường trong bánh kẹo và chewing gums [18,31].

Giá trị calorie của GOS thấp khoảng 1.5 - 2 kcal/g [18,94].

Khả năng kết hợp với probiotic để tạo thành synbiotic [21,62].

3.2.Fructooligosaccharide (FOS)

3.2.1. Giới thiệu về FOS

Fructan là polysaccharide tự nhiên non-structural phổ biến nhất, sau tinh bột.

Fructan tồn tại trong hơn 36,000 loài thực vật khác nhau [69,94]. Fructan là tên gọi

chung để chỉ tất cả carbohydrate có một hoặc nhiều liên kết fructosyl-fructose chiếm

đa số các liên kết glycosidic [18,50,51,94]. Trong thực vật, chúng được tổng hợp từ

sucrose bằng cách lặp lại quá trình fructosyl hóa và do đó, chúng thư ờng có gốc

glucose ở cuối mạch [31,32].

Dựa vào kiểu liên kết glycosidic, fructan trong tự nhiên được chia thành 3 loại

chính, được trình bày trong bảng 3.2 [94].

Bảng 3.2. Các loại fructan trong tự nhiên [18,31,32,50,84,94]

Cấu trúc chung

α-D-glucopyranosyl-[β-D-fructofuranosyl]n-1 - β-D-fructofuranoside (GpyFn )

β-D-fructopyranosyl-[β-D-fructofuranosyl]n-1 - β-D-fructofuranoside (FpyFn)

Tên Liên kết Cấu trúc mạch Nguồn gốc tự nhiên

(fructosyl-fructose)

β – 2,1 thẳng, nhánh, vòng thực vật, vi khuẩn, nấm mốc 1.Inulin

β – 2,6 thẳng, nhánh thực vật, vi khuẩn, nấm mốc 2.Levan

thực vật Phlein

3.Graminan và kestoses β – 2,1 và β – 2,6 thẳng, nhánh thực vật

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Inulin tồn tại trong nhiều loại rau quả và hạt (bảng 3.2), vì vậy inulin được sử dụng

trong công nghệ thực phẩm phổ biến hơn các loại fructan khác [18].

Có ba thuật ngữ thường gặp để chỉ các prebiotic loại inulin là inulin, oligofructose,

và fructooligosaccharides (FOS). Những thuật ngữ này không được dùng như nhau

trong các bài báo nghiên cứu và không có tiêu chuẩn đồng nhất cho các tên gọi đó

[51].

• FOS và inulin là 2 thuật ngữ chỉ các fructan-loại inulin, để phân biệt mức độ

polymer hóa (DP) của chúng [34,94]. Inulin là hỗn hợp của các saccharide có DP

khác nhau từ 2 – 60, có DP trung bình là 10 – 12 [32, 45, 69, 88]. FOS hay còn gọi

là oligofructose là hỗn hợp của các oligosacchride có DP từ 2 – 10, có DP trung

bình là 4 [32, 34, 51, 88]. Ngoài ra, gần đây, người ta sản xuất inulin HP (high

performance). Inulin HP là loại được sản xuất bằng cách loại bỏ các phân tử mạch

ngắn hơn. Inulin HP có DP trung bình là 25, bởi các phân tử có DP từ 11 đến 60

[51]. Hỗn hợp gồm các oligosaccharide có dạng GF2 – GF4 (G = glucose, F =

fructose, 2~4 = số monomer fructose) còn đư ợc gọi là fructooligosaccharide mạch

ngắn (scFOS, neosugar) [21, 94].

• Đôi khi, FOS và ScFOS để chỉ loại được tổng hợp bởi enzyme từ sucrose.

Oligofructose và inulin chỉ loại được chiết và thủy phân. Tuy nhiên, trên thực tế,

tên gọi của sản phẩm không thể được dùng để xác định loại nào là sản xuất từ tổng

hợp hay từ chiết tách.[51]

• Đôi khi ‘FOS và inulin’ được đơn giản thành ‘FOS’ để chỉ một loại prebiotic có

bản chất là fructan-loại inulin [51, 94].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Bảng 3.3. Một số nguyên liệu thực phẩm chứa inulin [18,31,32,45,84,94]

Tên thông thường Tên khoa học Hàm lượng (g/100g) DP

Hành lá Allium ampeloprasum 3 – 10 DP ~ 12

Hành tây Allium cepa 1 – 7.5 DP 2 – 12

Tỏi Allium sativum 1 – 16 DP ≥ 5 = 75%

Măng tây Asparagus officinalis 2 – 3 DP ≤ 5 = 100 %

Atiso Cynara scolymus 2 – 10 DP ≥ 40 = 87%

Atiso Jerusalem Helianthus tuberosus 16 – 22 DP 2 – 50, < 40 = 94%

Chicory Cichorium intybus 15 – 24 DP2 – 65, < 40 = 83%

Lúa mì Triticum aestivum 1 – 4 DP > 5 = 50%

Lúa mạch Hordeum vulgare 0.5 – 1

*hạt non ± 22

Yến mạch Avena sativa

0.5 – 1 Lúa mạch đen Secale cereale DP < 5 = 100%

12 – 15 Bồ công anh Trung Quốc Taraxacum officinale

0.3 – 0.8 Chuối Musa cavendishii DP < 5 = 100%

Salsify Scorzonera hispanica 4 – 11 DP ≥ 5 = 75%

3.2.2. Kỹ thuật sản xuất FOS

Có 2 phương pháp sản xuất FOS: Phương pháp chiết tách và thủy phân, và phương

pháp tổng hợp [28]. Mỗi phương pháp sẽ cho sản phẩm là hỗn hợp oligosaccharide có

mức độ polymer hóa khác nhau [32, 94, 104].

3.2.2.1.Phương pháp chiết tách và thủy phân

Sử dụng phương pháp chiết tách và thủy phân để sản xuất FOS sẽ thu được 2 loại

là: inulin và oligofructose [32].

Quá trình sản xuất inulin tương tự như sản xuất đường từ củ cải đường. Rễ cây

chicory được thu hoạch, cắt và rửa sạch. Sau đó, quá trình khu ếch tán hơi nước nóng

được sử dụng để chiết tách inulin từ rễ. Sản phẩm thu được sau quá trình chiết tách sẽ

được tinh sạch và sấy để thu sản phẩm hoàn thiện [51].

Inulin thương mại chứa 92% là fructan. Trong đó, khoảng 10% trong số đó có DP

tử 2 – 4, 20% có DP từ 5 – 9 [34,51]. Có khoảng 8 – 10% đường tự do

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

(monosaccharides: fructose và glucose, disaccharide: sucrose) trong sản phẩm. Các

đường tự do này tồn tại sẵn trong nguyên liệu rễ ban đầu, đi theo quá trình chi ết tách

vào sản phẩm. Chúng không phải là sản phẩm phản ứng do quá trình chiết tách nước

nóng [51].

Quá trình sản xuất oligofructose là bước tiếp theo của quá trình chiết tách inulin

từ rễ cây chicory. Quá trình này chính là quá trình thủy phân inulin thu được từ

enzyme endoinulinase (EC 3.2.1.7) [18,32,48,94].

Sản phẩm của quá trình thủy phân là oligofructose, bao gồm loại GpyFn (n = 2~9)

và FpyFn (n = 1~9) [32].

Sản phẩm Orafti của công ty Beneo-ORAFTI (Bỉ) được sản xuất theo phương

pháp này. Quy trình sản xuất được biểu diễn như hình 3.1 [94].

Củ chicory

Rửa sạch bằng nước

Cắt

Trích dịch Thủy phân

Tinh chế Sản phẩm thủy phân

Cô đặc

Sấy phun

Sản phẩm

Hình 3.5. Sơ đồ quy trình sản xuất inulin và oligofructose (Tungland, 2003)[94].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

3.2.2.2.Phương pháp tổng hợp (fructosyl hóa)

Phương pháp tổng hợp sử dụng enzyme β-fructofuranosidase để chuyển hóa

sucrose thành FOS [31,32,94]. Sản phẩm FOS thu được là hỗn hợp các GF2 (kestose),

GF3 (nystose), GF4 (fructosylnystose) [44,104]. Do đó, sản phẩm có thể có tên khác là

scFOS hay neosugar. Ngoài các oligomer trên, sản phẩm còn có glucose, fructose,

sucrose còn sót lại và một số sản phẩm phụ khác có thể chiếm đến 25 – 30% [31,32].

Trong quá trình tổng hợp bằng enzyme, phân tử glucose và fructose được hình thành

như sản phẩm phụ [51,69]. Vì vậy, quá trình sắc ký có thể được tiến hành sau đó để

thu được FOS có độ tinh sạch cao [31,48].

Tất cả các liên kết glycosidic giữa các đơn vị fructose trong inulin và oligofructose

là cấu hình β -(2−1). Trong khi đó, quá trình transfructosyl hóa không tạo ra duy nhất

liên kết glycosidic β-(2−1) fructosyl-fructose. Các liên kết khác cũng có thể xảy ra với

số lượng giới hạn. Liên kết fructosyl– glucose luôn là α -(2↔1) trong sucrose nhưng

liên kết fructosyl–fructose là β-(1←2) [51].

Hình 3.6. Quá trình tổng hợp scFOS.[104]

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Để tiến hành phản ứng với enzyme, người ta thực hiện một trong hai cách sau:

(1) Lên men theo chu kỳ với enzyme tự do

(2) Lên men liên tục với enzyme cố định hoặc tế bào cố định

Công ty Meiji Seika (Nhật Bản) sử dụng phương pháp lên men liên tục, với

enzyme được cố định bởi gel calcium alginate để sản xuất FOS [94,104]. Sản phẩm có

tên gọi là Meioligo [58].

Lên men theo chu kỳ Lên men liên tục

Canh trường Canh trường

Dung dịch sucrose

Chiết tách enzyme Cố định tế bào

Lên men trong thiết Fructosyl hóa

bị phản ứng cột

Tinh chế

Cô đặc

Tiệt trùng

Sắc kí cột

Sản phẩm

Hình 3.7.Sơ đồ quy trình sản xuất scFOS (Tungland, 2003). [31,94]

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Nguồn gốc và đặc điểm của enzyme fructosyltransferase:

Enzyme β-fructofuranosidase (EC 3.2.1.26) có tên gọi thông thường là invertase

[136]. Enzyme β-fructofuranosidase tồn tại trong thực vật và vi sinh vật. Trong công

nghiệp, enzyme này được sử dụng có nguồn gốc từ các loài sau: Aureobasidium

pullulans, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus japonicus, Aspergillus

phoenicis, Aspergillus sydowi, Claviceps purpurea, Fusarium oxysporum, Penicillium

frequentans, Penicillium spinulosum, Phytophthora parasitica, Scopulariopsis

brevicaulis, Saccharomyces cerevisiae [104].

Cơ chế phản ứng tổng hợp FOS và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng

transfructosyl hóa tương tự như enzyme β -galactosidase. Trong đó, các enzyme có

hoạt tính transfructosyl hóa mạnh, thường được sử dụng trong tổng hợp FOS thương

mại là Aspergillus niger, Aureobasidium pullulans và Aspergillus japonicus [31, 40].

3.2.3. Các đặc tính công nghệ của FOS

Ngoài những đặc tính công nghệ giống GOS như khả năng giữ ẩm, làm giảm hoạt

độ nước và giảm sự hóa nâu, khả năng chống sâu răng [18, 61], FOS có những đặc

tính công nghệ đặc trưng sau:

Trạng thái của inulin được chiết tách từ chicory là sản phẩm bột trắng, không

mùi. Inulin và oligofructose được xem là thành phần chất xơ quan trọng, giúp cải thiện

vị và cấu trúc của sản phẩm thực phẩm [18, 51].

Vị của FOS là vị ngọt, không có hậu vị [18]. Độ ngọt của nó thay đổi phụ thuộc

vào DP của FOS. Inulin mạch dài (DP ~ 25) không có vị ngọt, inulin mạch ngắn hơn

có vị ngọt khoảng 0.1 so với sucrose. ScFOS (DP ~ 3.7) có độ ngọt khoảng 0.4 – 0.6

so với sucrose. Oligofructose (DP ~ 4.5) có độ ngọt khoảng 0.3 so với sucrose.

Oligofructose có đặc tính kỹ thuật như sucrose và syrup glucose [18,94] và không có

hậu vị nên được sử dụng như chất thay thế đường trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là

các sản phẩm ăn kiêng cho người béo phì, cho ngư ời bị bệnh tiểu đường. Oligofrutose

có thể sử dụng kết hợp với các chất tạo ngọt mạnh như aspartame và acesulfam K để

giảm hậu vị của chúng [18, 50, 61, 69].

Tính hòa tan của FOS trong nước thay đổi theo DP của nó. Ở nhiệt độ phòng,

inulin tan được trong nước tối đa là 10% và oligofructose có thể tan được tới 85% với

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

độ nhớt thấp[18,94]. Do đó, FOS được sử dụng trong các sản phẩm có nước như đồ

uống, sản phẩm sữa trong khi các chất xơ khác thường bị kết lắng trong nước, mà hầu

như không làm tăng độ nhớt cho sản phẩm [18,61].

Do mạch có độ dài hơn nên inulin ít tan hơn oligofructose và có khả năng hình

thành vi tinh thể inulin khi cho vào nước hoặc sữa. Những vi tinh thể này hình thành

cấu trúc kem mịn [61]. Khi hàm lượng inulin trong nước cao (> 25%), nó sẽ hình

thành gel. Khi đánh trộn inulin với nước, nó sẽ hình thành dạng cream trắng giống như

của lipid [94]. Vì vậy, inulin được sử dụng để thay thế lipid (có thể tới 100%) trong

một số sản phẩm sữa ít béo như sữa uống, phomai tươi, phomai chế biến, phomai

cream, yogurt, cream, món tráng miệng từ sữa, sản phẩm giống bơ [18, 51, 133].

Inulin HP có đặc tính giả béo gấp 2 lần loại inulin thường [51].

Đối với ice cream thông thường, kích thước của tinh thể đá nhỏ có thể tăng 30%

đến 40% trong quá trình làm cứng kem. Trong quá trình bảo quản, sự tái kết tinh có

thể xảy ra khi tinh thể đá nhỏ chảy ra, đồng thời tinh thể lớn phát triển. Sự thay đổi

nhiệt độ bất thường làm tăng tỉ lệ tái kết tinh dẫn đến lượng tinh thể lớn cao hơn, do

đó, làm kem có cấu trúc thô và có hạt. Inulin có thể đóng vai trò như là chất ổn định để

kiểm soát sự tái kết tinh [61]. Ngoài ra, vi tinh thể inulin tạo cảm giác ở miệng như

chất béo. Inulin được dùng để thay thế chất béo thành công trong các sản phẩm table

spreads, baked goods, fillings, dairy products, frozen desserts and dressings. Inulin-

type fructans cũng có thể giúp ổn định bọt [18,61,94]

FOS có giá trị calorie thấp, khoảng 1.5 kcal/g. Vì vậy, FOS được sử dụng trong

các thực phẩm cho calorie thấp như đồ tráng miệng lạnh đông, meal replacers [18].

FOS có khả năng là chất mang cho probiotic, tạo thành synbiotic [18,48,133].

3.3. Bổ sung FOS, GOS trong các sản phẩm sữa

GOS có lịch sử sử dụng an toàn trong thực phẩm và dinh dưỡng cho trẻ. Sản phẩm

cho trẻ chứa GOS được giới thiệu lần đầu tiên vào đầu thập niên 90 ở Nhật Bản. Hơn

một thập kỉ qua, hơn 90% công thức dành cho trẻ ở Nhật được bổ sung thành phần

oligosaccharide không tiêu hóa được (NDO) như là nhân tố phát triển của vi khuẩn

bifidobacteria. Sản phẩm chứa GOS đầu tiên ở châu Âu được tung ra năm 1997 với

một sản phẩm sữa lên men của Hà Lan. GOS ngày càng được ứng dụng nhiều trên

toàn thế giới [21].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Yêu cầu về hàm lượng GOS trong mỗi sản phẩm có thể khác nhau. Theo chỉ thị

2006/141/EC trên công thức cho trẻ và công thức cho các độ tuổi về sau của liên minh

châu Âu (EU, European Union), GOS và FOS có thể được cho vào trong công thức

dinh dưỡng trẻ với số lượng có thể lên 0.8g/100 ml. Hỗn hợp GOS : FOS được thiết kế

với tỉ lệ là 9 : 1 nhằm bắt chước sự phân phối kích thước phân tử saccharide như trong

sữa mẹ. Thực phẩm chức năng hiện nay chứa tới 5g GOS trên 100 g sản phẩm thực

phẩm [11,21,46,55,62].

Bảng 3.4. Các sản phẩm sữa được bổ sung prebiotic FOS ở châu Âu [21,33,69].

Tên công ty Nước sản xuất Loại Sản phẩm

Đức Synbiotic BI’AC Aldi

Biotic Plus Oligosaccharide Đức/Hà Lan Synbiotic Aldi

Pháp Prebiotic Jour aprés Jour Lactel

Pháp Prebiotic Silhouette Plus Candia

Đức Synbiotic Daily Fit Ehrman

Thụy Sĩ Synbiotic Actifit-Plus Emmi

Thụy Sĩ Synbiotic ProbioPlus Migros

Đức Synbiotic ProCult3 Muller

Bỉ Prebiotic Fyos Nutricia

Sudmilch/Stassano Bỉ, Đức, Anh Synbiotic Vifit

Synbiotic Symbalance Tonilait Thụy Sĩ

Đức Synbiotic Probiotic plus Oligosaccharide Bauer

Bỉ Synbiotic Actimel Danone

Hà Lan Synbiotic Fysiq Mona

Vì các đư ờng tự do được xem là thành phần của inulin, oligofructose, hay FOS

nên chúng không cần phải được liên kê như là thành phần bổ sung nhưng hàm lượng

đường cho toàn bộ sản phẩm phải được nêu trong “Giá trị dinh dưỡng” trên nhãn thực

phẩm. Ở Mỹ và nhiều nước khác, fructan (inulin, oligofructose, và FOS) được viết là

“chất xơ hòa tan” dưới giá trị dinh dưỡng. Vì vậy, người tiêu dùng hay thầy thuốc khó

đánh giá thông tin đầy đủ. Ví dụ, khi họ muốn tránh fructose thì không thể biết được

loại FOS [51].

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT SẢN PHẨM SỮA CHỨA GOS.

4.1. Giới thiệu

Sữa là nguồn cung cấp calcium quan trọng cho cơ thể. Tuy nhiên, khi tiêu dùng

các sản phẩm sữa, một vấn đề cần quan tâm là chứng không dung nạp lactose.

Chứng không dung nạp lactose là sự mất khả năng chuyển hóa lactose do thiếu

enzyme lactase trong bộ máy tiêu hóa [115,93]. Lactose không được tiêu hóa sẽ được

chuyển hóa bởi vi sinh vật trong ruột già. Nó gây ra những triệu chứng như: trướng

bụng, đau bụng, và ỉa chảy [115,135]. Vì vậy, những người không dung nạp được

lactose nên tránh tiêu thụ sữa. Tuy nhiên, họ có thể tiêu hóa một lượng nhỏ sữa

(khoảng 200 ml). Họ cũng có thể tiêu thụ các sản phẩm sữa lên men vì nó chứa ít

lactose. So với sữa, lượng lactose trong yogurt thường thấp hơn 1/3 lần. Hơn nữa,

những người không dung nạp được lactose có thể tiêu hóa yogurt dễ dàng hơn nhờ sự

hiện diện của vi khuẩn lactic sinh β-galactosidase [64].

Có khoảng 75% người trưởng thành trên thế giới giảm lượng lactase trong hệ tiêu

hóa. Tuy nhiên, tỉ lệ thiếu lactase trong đường ruột phụ thuộc vào nhóm chủng tộc: 5%

ở Bắc Âu và 80% ở Đông Âu, khoảng 20% ở Mỹ, và hơn 90% ở một số nước thuộc

châu Phi và châu Á (hình 4.1) [64,126,135].

Mặc dù ở nhiều nước có tỉ lệ người có chứng không dung nạp lactose thấp, nhưng

những sản phẩm không chứa lactose vẫn được nhiều người ưa thích vì tính dễ tiêu của

chúng. Vì vậy, thị trường các sản phẩm sữa không chứa lactose rất có tiềm năng phát

triển.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Hình 4.1.Sự phân bố chứng không dung nạp lactose.[126]

Để làm giảm hàm lượng lactose có trong sữa và các sản phẩm sữa, có 3 hướng giải

quyết sau:

• Sử dụng phương pháp vật lý như lọc ultra để loại bỏ lactose [93].

• Thủy phân lactose trong sữa thành glucose và galactose.

• Chuyển hóa lactose thành oligosaccharide [64, 73, 93].

Trong 3 phương pháp trên, phương pháp vật lý thường được dùng để sản xuất milk

protein concentrate và whey protein concentrate. Tuy nhiên, phương pháp này sẽ làm

giảm hàm lượng chất xơ và tăng thêm chi phí sản xuất.

Phương pháp thủy phân lactose và phương pháp chuyển hóa lactose thành

oligosaccharide là hai phương pháp được nghiên cứu rất nhiều. Cả hai phương pháp

này đều sử dụng β-galactosidase vì nó vừa có hoạt tính thủy phân và vừa có hoạt tính

transgalactosyl [35]. Người ta sẽ điều chỉnh điều kiện phản ứng để kiểm soát hướng

phản ứng là thủy phân hay galactosyl hóa. Lactose là loại đường có độ hòa tan thấp

nên dễ gây kết tinh trong một số sản phẩm như ice cream, whey spread, sữa lạnh đông,

sữa cô đặc. Vì vậy, khi giảm hàm lượng lactose trong sữa và chuyển hóa thành

monosaccharide hay oligosaccharide, enzyme β-galactosidase cũng giúp cải thiện đặc

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

tính kỹ thuật và cảm quan của thực phẩm, đồng thời cũng hạn chế ô nhiễm môi trường

[38, 54, 64].

Phương pháp thủy phân lactose bằng β-galactosidase sẽ tạo ra các đường đơn.

Những đường này được lên men dễ dàng hơn so với lactose. Vì vậy, trong sản xuất sữa

lên men, nếu bổ sung β-galactosidase trong nguyên liệu sữa thì canh trường khởi động

lên men đạt pH mong muốn nhanh hơn. Hơn nữa, glucose và galactose có độ ngọt cao

hơn lactose khoảng 50%. Do đó, lượng chất ngọt cần bổ sung vào sản phẩm cũng giảm

[35, 64]. Phương pháp thủy phân đã được ứng dụng trong một số sản phẩm sữa [38].

Phương pháp chuyển hóa lactose thành oligosaccharide là phương pháp mới nhất

[18, 93]. Sản phẩm sữa thu được là sản phẩm được tăng cường hàm lượng GOS, đồng

thời làm giảm hàm lượng lactose. Các sản phẩm thu được không những là chọn lựa

mới cho những người không dung nạp lactose mà còn có lợi cho sức khỏe do có hoạt

tính prebiotic [20, 93].

4.2. Nghiên cứu sản xuất sữa tươi giàu GOS và ít lactose [20]

Sữa tươi

Ly tâm tách béo

Lọc ultra Retentate

β-galactosidase Xử lí với enzyme

Phối trộn

Tiệt trùng

Sản phẩm

Hình 4.2. Sơ đồ quy trình sản xuất sữa tươi giàu GOS, ít lactose.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

4.2.1. Nguyên liệu

- Sữa tươi được ly tâm tách béo để thuận lợi cho quá trình siêu lọc. Vì các chất béo

thường tạo ra một màng bao lên membrane nên dễ gây ra hiện tượng tắc nghẽn

dòng permeate [6].

- Sau đó, sữa tách béo được bổ sung 0.1% sodium azide để ngăn ngừa sự phát triển

của vi sinh vật.

- β-galactosidase: 9 đơn vị/mg. Một đơn vị hoạt động (hoạt lực) là lượng enzyme

xúc tác cho phản ứng để giải phóng 1 mmol glucose từ lactose trong 1 phút ở nhiệt độ 370C và pH 4.5.

4.2.2. Lọc ultra (quá trình siêu lọc)

Lọc ultra là quá trình phân riêng bằng membrane, cho phép tách các cấu tử ra khỏi

một hỗn hợp ở mức độ phân tử hoặc ion, với kích thước 50 000 Da. Kết quả của quá

trình phân riêng bằng membrane sẽ cho hai dòng sản phẩm: dòng sản phẩm qua

membrane được gọi là permeate và dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là

retentate [6]. Sau khi sữa được lọc ultra, dòng permeate chứa lactose, dòng retentate

chứa protein sữa.

Mục đích của quá trình lọc ultra là cô đặc lượng lactose trong sữa tươi nguyên

liệu. Vì lượng lactose ban đầu càng cao thì sự chuyển hóa thành oligosaccharide càng

lớn, hay β-galactosidase có hoạt tính transgalactosyl trong permeate cao hơn trong sữa.

Ngoài ra, lọc ultra còn có những ưu điểm so với phương pháp cô đặc bằng nhiệt

thông thường:

• Tách protein sữa ra khỏi permeate chứa lactose: Nguyên nhân chính làm giảm sự

tạo thành oligosaccharide trong sữa là do sự ức chế của whey protein lên hoạt

động của β-galactosidase. Cơ chế của sự ức chế này chưa được biết rõ.

Ngoài ra, sữa và permeate còn khác nhau về thành phần ion kim loại. Sự khác

nhau này có thể ảnh hưởng đến hoạt động của β- galactosidase, phụ thuộc nguồn

gốc enzyme mà có thể làm tăng hay giảm hoạt lực của β-galactosidase.

• Không làm biến tính protein hay mùi vị quá nhiệt do quá trình cô đ ặc sữa bằng

nhiệt.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Hệ thống lọc ultra: - Áp suất đầu vào và đầu ra được điều khiển là 138 và 103 KPa, và tốc độ chảy là

25.28 kg/phút.

- Sữa gầy ở trên sẽ được lọc ultra 3 lần ở 500C. Khi tăng nhiệt độ sữa, độ nhớt sẽ giảm, tốc độ khuếch tán của các cấu tử qua membrane tăng. Do đó, tốc độ dòng permeate sẽ tăng. Tuy nhiên, nếu ta tăng nhiệt độ sữa trên 600C, một số protein

sẽ bị biến tính, các kết tủa tạo thành sẽ được hấp phụ lên bề mặt membrane [6]. - Permeate thu được có hàm lượng lactose lên tới 25.3%, sẽ được xử lý với β-

galactosidase.

Tăng số lần lọc ultra: Theo nghiên cứu, màng lọc ultra không lọc hết được lượng

lactose có trong sữa. Sau 3 lần lọc ultra, có khoảng 30% lactose còn lại trong retentate.

Khi hòa trộn lại permeate được xử lí enzyme với retentate, lượng oligosaccharide tổng

của sữa tái hợp là 22.0% trên tổng saccharide.

Nếu tăng số lần tiến hành lọc ultra từ 3 lần trở lên, sản phẩm sữa thu được sẽ có

phần trăm oligosaccharide tổng cao hơn. Khi sữa được lọc ultra 5 lần, 80% lactose đi

vào permeate và 20 % còn lại trong retentate. Sản phẩm sữa cuối cùng có 25%

oligosaccharide trên tổng saccharide. Khi đó, tỉ lệ enzyme và cơ chất (E/S) trong quá

trình xử lí enzyme β -galactosidase cũng c ần tăng lên do hàm lượng lactose trong

permeate tăng.

4.2.3. Xử lí với β-galactosidase

Tỉ lệ enzyme và cơ chất (E/S): Trong quá trình phản ứng, sự thủy phân lactose, sự

tổng hợp và thủy phân oligosaccharide diễn ra đồng thời. Do đó, người ta thấy rằng ở

tỉ lệ E/S cao thì tổng oligosaccharide sinh ra giảm vì oligosaccharide được hình thành

bị thủy phân ngay thành disaccharide hay monosaccharide. Giới hạn của tỉ lệ này phụ

thuộc vào hàm lượng lactose ban đầu và hoạt lực của enzyme β-galactosidase. Đối với

permeate có hàm lượng lactose 25.3% và hoạt lực của enzyme β-galactosidase là 9 đơn

vị/gam, tỉ lệ E/S từ 0.3 - 6.7% thì tổng oligosaccharide tăng. Khi tỉ lệ này vượt quá

6.7%, tổng oligosaccharide bắt đầu giảm.

Nhiệt độ phản ứng: Khi nhiệt độ phản ứng nằm trong khoảng 30 – 500C, lượng oligosaccharide tổng được tạo thành tăng theo chiều tăng của nhiệt độ. Khi nhiệt độ

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

phản ứng trên 500C, sự tạo thành oligosaccharide giảm do enzyme β-galactosidase bị bất hoạt.

Thời gian phản ứng: Lượng oligosaccharide tổng đạt tối đa sau 3.5 giờ và giảm

dần sau đó vì t ốc độ tổng hợp oligosaccharide bắt đầu chậm hơn tốc độ thủy phân

oligosaccharide. Lượng lactose trong sữa giảm và lượng glucose và galactose tăng

theo thời gian do sự thủy phân lactose. Tuy nhiên, lượng galactose thấp hơn nhiều so

với glucose vì galactose tham gia phản ứng tạo thành GOS. Sự tạo thành

pentasaccharide tăng theo thời gian trong khi trisaccharide, tetrasaccharide chỉ tăng

theo thời gian khi thời gian phản ứng là 0.5 giờ. Sau thời gian này, trisaccharide và

tetrasaccharide bắt đầu giảm do tạo thành pentasaccharide.

Sản phẩm permeate thu được sau quá trình xử lí với enzyme chứa 31.1% GOS,

35.3% lactose và số phần trăm còn lại trong tổng saccharide là các đường đơn.

Sau đó, permeate được hòa trộn lại với retentate.

4.3. Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm phô mai giàu GOS và ít lactose [93]

4.3.1. Hai loại phô mai nghiên cứu – phô mai cottage và phô mai cream

Có nhiều cách phân loại pho mai như phân loại theo hàm lượng nước, phân loại

theo hàm lượng béo. Năm 1993, Fox đề nghị thêm cách phân loại phô mai dựa theo

phương pháp làm đông tụ sữa:

• phô mai đông tụ bằng rennet

• phô mai đông tụ bằng acid

• phô mai kết tinh hay cô đặc.

Phô mai cottage và phô mai cream là phô mai đông tụ bằng acid [30].

Đối với một số loại phô mai, quá trình lên men tạo pH thấp bởi vi khuẩn lactic là

sự chuyển hóa lactose thành acid lactic. Nhưng sự chuyển hóa đó xảy ra không hoàn

toàn, do đó, hầu hết các sản phẩm phô mai truyền thống vẫn chứa một lượng lactose

đáng kể.

Các phương pháp sản xuất các sản phẩm phô mai được nghiên cứu ở đây có ‘hàm

lượng GOS được tăng đáng kể’ và ‘hàm lượng lactose được giảm đáng kể’, đặc biệt là

phô mai cottage, phô mai cream (hình 4.3):

Phô mai cottage là dạng phô mai không ngâm muối, đông tụ bởi acid nhẹ, mềm,

được làm từ sữa. Những mẫu hay phần tử nhỏ của khối đông được ngâm trong sữa

cream hay được đánh trộn với sữa cream để tạo thành sản phẩm phô mai cottage.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Phô mai cream là phô mai không ngâm muối, đông tụ bởi acid nhẹ, mềm, được

làm truyền thống từ hỗn hợp cream và sữa. Phô mai cream có cấu trúc chắc mềm,

giống như bơ và được bảo quản ở nhiệt độ lạnh để nó có thể được cắt hay phết dễ dàng

khi sử dụng. [30]

‘lượng lactose được giảm đáng kể’: nghĩa là các sản phẩm phô mai chứa ít hơn 1

g lactose/serving (phô mai cottage: 4 ounce serving, phô mai cream: 1 ounce serving).

‘lượng GOS tăng đáng kể’: nghĩa là các sản phẩm phô mai chứa ít nhất khoảng

0.5 g GOS /serving.

Sữa nguyên liệu

Chuẩn hóa

Thanh trùng

Đồng hóa

Làm nguội

Lên men lactic

Giống (~1%) Rennet Tách whey Whey/permeate

Đóng gói lạnh Thanh trùng

Bổ sung phụ gia Phô mai cottage

Đồng hóa

Đóng gói nóng

Phô mai cream

Hình 4.3. Sơ đồ quy trình sản xuất truyền thống 2 loại phô mai tươi.[30]

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

So với phương pháp truyền thống, các phương pháp sản xuất các sản phẩm phô

mai giàu GOS có thêm quá trình xử lí với enzyme β-galactosidase. Trong quá trình

này, GOS được tạo thành từ lactose có trong sữa. GOS có phân tử lượng tương đối

thấp, khoảng 1000 Daltons và GOS hầu như bị mất theo pha lỏng (whey) trong quá

trình tách whey bằng lọc ultra hay li tâm. Do đó, quá trình tách whey là quá trình c ần

hạn chế trong sản xuất phô mai giàu GOS. Các quá trình phân riêng như th ẩm thấu

ngược, lọc nano, sắc kí lọc gel, sắc kí ái lực có thể được tiến hành để hoàn lại GOS từ

whey, nhưng thời gian sản xuất và chi phí sản xuất sẽ tăng.

Các sản phẩm phô mai thu được từ phương pháp sản xuất nghiên cứu là những sản

phẩm phô mai có những ưu điểm sau:

- Có hàm lượng chất xơ hòa tan cao, giảm hàm lượng calorie, đặc tính cảm quan tốt,

được cải thiện cấu trúc và mùi vị.

- Có chỉ số glycemic thấp hơn vì GOS đư ợc hấp thu chậm hơn lactose và các sản

phẩm thủy phân của nó.

- Giảm giá thành sản xuất: GOS có khả năng cải thiện cấu trúc của sản phẩm phô

mai, đặc biệt là phô mai cream. Do đó, nó có thể thay thế chất ổn định hay cho

phép tăng hàm lượng ẩm trong sản phẩm mà không cần tách whey. Ngoài ra, giá

cả sản xuất sẽ giảm đáng kể so với bổ sung GOS chế phẩm hay các thành phần

prebiotic khác vào sản phẩm phô mai.

- Giảm sự nâu hóa khi dùng phô mai cream trong các sản phẩm qua chế biến nhiệt

như bánh cheesecake.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

4.3.2. Các quy trình sản xuất sản phẩm phô mai giàu GOS và ít lactose

4.3.2.1.Phô mai cottage giàu GOS và ít lactose

Tạo khối đông Tạo sữa cream giàu GOS

Sữa gầy Sữa nguyên liệu

Chuẩn hóa Chuẩn hóa

Thanh trùng Thanh trùng

Đồng hóa Đồng hóa

β-galactosidase Làm nguội Làm nguội

Xử lý với enzyme Xử lý với enzyme Giống/acid

Thanh trùng Acid hóa

Cắt và nấu Làm nguội

Bảo quản Tách whey whey

Làm nguội

Bảo quản

Ngâm/trộn

Sản phẩm

Hình 4.4. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cottage giàu GOS.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

Tạo khối đông: Khối đông trong sản xuất phô mai cottage được tạo thành bởi quá

trình acid hóa, có thể bổ sung rennet hoặc không. Sữa nguyên liệu để sản xuất khối

đông cho phô mai cottage thường là sữa gầy.

Nếu sữa được đông tụ bằng cách nuôi cấy canh trường sinh acid lactic thì quá trình

xử lí với enzyme lactase có thể được tiến hành trước hoặc tiến hành đồng thời cùng

với quá trình nuôi cấy canh trường. Nếu tiến hành đồng thời hai quá trình này, các điều

kiện phản ứng như: pH, nhiệt độ, và thời gian phản ứng cần được lựa chọn sao cho

enzyme và canh trường hoạt động tốt, dù những điều kiện này có thể ít tối ưu hơn đối với enzyme lactase. Trong nghiên cứu, hỗn hợp sữa được giữ ở khoảng 30 – 400C trong 0.5 – 16 giờ để có ít nhất 20 % hàm lượng lactose có trong sữa thành GOS và

khối đông hình thành.

Nếu sữa được đông tụ bằng cách cho trực tiếp acid vào thì quá trình xử lí với

enzyme lactase phải được tiến hành trước.

Khối đông hình thành sẽ được cắt và nấu ở nhiệt độ khoảng 48 – 600C. Sau khi nấu, khối đông được tách whey và làm nguội. Sau khi tách whey, khối đông còn rất ít

GOS. Khối đông thu được có thể được dùng để sản xuất ngay hoặc được bảo quản ở 0 – 50C cho đến khi cần.

Tạo sữa cream giàu GOS: sữa cream thu được có thể được dùng để sản xuất ngay

hoặc được bảo quản ở nhiệt độ 0 – 50C cho đến khi cần.

Tỉ lệ phối trộn khối đông và sữa cream để tạo phô mai cottage là 50 – 70% khối

đông và khoảng 50 – 30 % sữa cream.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

4.3.2.2. Phô mai cream giàu GOS và ít lactose

Các sản phẩm phô mai cream thu được từ 3 quy trình sau đ ều chứa khoảng 1 –

36% chất béo, khoảng 5 – 15 % protein, khoảng 45 – 75% ẩm.

(1) Quá trình không tách whey

Sữa nguyên liệu

Chuẩn hóa

Thanh trùng

Đồng hóa

Làm nguội

β-galactosidase Xử lí với enzyme

Phối trộn Phụ gia Cream

Gia nhiệt

Đồng hóa

Làm nguội

Giống/acid Acid hóa

Gia nhiệt

Đồng hóa

Phô mai cream

Hình 4.5. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cream theo phương pháp không tách whey.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

(2)Quá trình kết hợp

Sữa nguyên liệu

Chuẩn hóa Chuẩn hóa

Thanh trùng Thanh trùng

Đồng hóa Đồng hóa

β-galactosidase Làm nguội Làm nguội

Giống/acid

Acid hóa

Xử lý với enzyme

whey Tách whey

Cream

Phụ gia

Phối trộn

Gia nhiệt

Đồng hóa

Phô mai cream

Hình 4.6. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cream theo phương pháp kết hợp.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

(3) Quá trình bao gồm tách whey và hoàn lại GOS từ whey:

Sữa nguyên liệu

Chuẩn hóa

Thanh trùng

Đồng hóa

Làm nguội

β-galactosidase Xử lí với enzyme

Làm nguội

Giống/acid Acid hóa

Tách whey Whey

Cream Thu hồi GOS Phối trộn

Phụ gia Gia nhiệt

Đồng hóa

Phô mai cream

Hình 4.7. Sơ đồ quy trình sản xuất theo phương pháp thu hồi GOS.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

4.3.3. Các quá trình của một quy trình sản xuất phô mai giàu GOS và ít lactose

4.3.3.1. Chuẩn bị sữa nguyên liệu

Sữa nguyên liệu nên chứa ít nhất khoảng 7% lactose vì khi đó, h oạt tính

transgalactosyl của enzyme lactase sẽ có hiệu quả hơn. Cơ chất sữa có hàm lượng

lactose thích hợp nhất là 20 – 50%. Khi hàm lượng lactose trong sữa quá 50%, độ tan

của lactose giảm.

Có nhiều nguyên liệu sữa với hàm lượng lactose khác nhau:

- Sữa tươi chứa khoảng 3.5 – 4 % lactose. Các dạng sữa khác như dạng cô đặc và

bột có hàm lượng lactose cao hơn.

- Whey bột chứa 78 – 80% lactose và sữa bột không béo (non-fat dry milk) chứa

khoảng 52% lactose.

- Whey protein concentrate dạng khô chứa khoảng 48.5% lactose, trong khi dạng

lỏng chứa khoảng 37.5% lactose.

- Cream chứa khoảng 2% lactose và milkfat dạng khô chứa rất ít hoặc không có

lactose.

Sữa nguyên liệu truyền thống để sản xuất phô mai là sữa tươi và cream. Vì vậy,

hỗn hợp sữa nguyên liệu đó chứa ít lactose. Sữa nguyên liệu thích hợp được dùng ở

đây là các thành phần sữa dạng lỏng cô đặc hay dạng bột như whey protein

concentrate, milk protein concentrate, whey phô mai, sữa gầy, permeate của sữa và

permeate của whey. Chúng có thể thay một phần hay toàn bộ hỗn hợp sữa tươi và

cream.

Sữa nguyên liệu cũng có th ể được bổ sung ‘các thành phần sữa tùy ý’ (ODI,

optional dairy ingredients) vào các quá trình sản xuất phô mai truyền thống. Thuật ngữ

ODI được định nghĩa là ‘cream, sữa, sữa gầy, buttermilk, whey phô mai, hay bất kì

thành phần này ở dạng tách nước, milkfat tách nước, cream tách nước, phô mai sữa

gầy cho sản xuất, và albumin từ whey phô mai’.

Ngoài ra, sữa nguyên liệu có thể chứa cream và/hoặc milkfat, nhưng các thành

phần này nên được bổ sung sau khi xử lí enzyme β -galactosidase vì các thành phần

này làm loãng nồng độ lactose của sữa nguyên liệu ban đầu.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

4.3.3.2. Thanh trùng

Sữa thường được thanh trùng trước và sau khi tiến hành quá trình xử lí enzyme

hay nuôi cấy canh trường lactic. Quá trình thanh trùng cần phải đạt hiệu quả để bất

hoạt enzyme lactase vì quá trình xử lí enzyme lactase không đặc trưng cho quy trình sản xuất phô mai. Chế độ thanh trùng thường ở nhiệt độ khoảng 66 – 930C trong 1

giây – 30 phút.

Ngoài ra, sau khi phối trộn các thành phần sữa đã được xử lí với phụ gia, người ta tiến hành thanh trùng lần cuối hỗn hợp ở nhiệt độ 76 – 930C trong khoảng 5 – 20 phút,

để bất hoạt canh trường hay enzyme lactase, góp phần thay đổi protein sữa và chất ổn

định để tạo cấu trúc.

Thiết bị thanh trùng thường sử dụng là thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng.

4.3.3.3. Đồng hóa

Quá trình đ ồng hóa thường được thực hiện sau quá trình phối trộn và thanh trùng

để tạo một hỗn hợp sữa đồng nhất và tạo cấu trúc tốt cho sản phẩm.

Thiết bị đồng hóa thường là thiết bị 2 cấp Gaulin. Quá trình đ ồng hóa ở bước thứ

nhất có áp suất khoảng 3000 – 5000 psi và bước thứ hai là 500 – 1000 psi.

4.3.3.4. Xử lí với enzyme β-galactosidase

Tỉ lệ E/S hay hoạt lực của enzyme: Enzyme lactase có hoạt tính transgalactosyl

thích hợp nhất là khoảng 500 – 1500 đơn vị trên 100 g sữa cơ chất. Hoạt lực của

enzyme hay lượng enzyme cho vào nhiều hay ít sẽ ảnh hưởng tới thời gian phản ứng.

Do đó, lượng enzyme cho vào nên được chọn lựa sao cho cân bằng với chi phí mua

enzyme và thời gian phản ứng để đạt lượng GOS mong muốn.

Tỉ lệ Ut/Uh: Tỉ lệ hoạt tính transgalatosyl và hoạt tính thủy phân (Ut/Uh) của

enzyme trong nghiên cứu phải lớn hơn 0.3. Tỉ lệ có thể đạt được cao nhất là 0.8. Do sự

cân bằng của phản ứng nên không quá 80% lactose trong nguyên liệu sữa được chuyển

hóa thành GOS và thành các sản phẩm thủy phân (chủ yếu là glucose và một ít

galactose).

Thời gian và nhiệt độ phản ứng: Sữa nguyên liệu xử lí với enzyme lactase trong

khoảng thời gian và nhiệt độ sao cho có ít nhất khoảng 20% lactose trong hỗn hợp tạo

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

thành GOS. Quá trình xử lí với enzyme trong nghiên cứu được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 40 – 650C trong 0.5 – 2 giờ.

Sữa nguyên liệu sau khi được xử lí enzyme để đạt lượng GOS mong muốn có thể

được làm lạnh đông hay sấy khô và bảo quản để sau này sử dụng.

4.3.3.5. Quá trình acid hóa

Sữa nguyên liệu có thể được acid hóa đến pH 4.3 – 5.2 (4.6 – 4.8) bằng cách bổ

sung trực tiếp acid hay nuôi cấy canh trường sinh acid lactic vào sữa nguyên liệu:

- Có thể bổ sung một hay nhiều acid thực phẩm vô cơ hoặc hữu cơ như: acid citric,

acid acetic, acid lactic, acid malic, acid fumaric, acid tartaric, acid hydrochloric,

acid sulfuric, acid phosphoric, gluconic acid, glucono-delta-lactone.

- Canh trường sinh acid lactic đối với sản phẩm phô mai cream thường có một hay

nhiều loài vi khuẩn như: Leuconostoc lactis, Lactococcus lactis subsp.cremoris,

Lactobacillus acidophilus, L.bulgaricus, L.casei, L.helveticus, Streptococcus

thermophilus [6,93]. Canh trường cho vào có thể là canh trường khởi động (~1%)

[30] hay canh trường cho vào trực tiếp ( DVS, direct vat set) ở dạng lạnh đông hay

sấy khô. Để đạt pH theo yêu cầu, quá trình lên men sữa được tiến hành ở nhiệt độ 15 – 450C trong 2 – 24 giờ (khoảng 18 – 220C trong 12 – 16 giờ).

4.3.3.6. Bổ sung phụ gia

Các chất phụ gia thường được cho vào trước quá trình thanh trùng và đ ồng hóa lần

cuối:

- Chất ổn định thường là những chất tạo gel như: gum (carob, guar, xanthan),

carrageenan, gelatin, tinh bột, maltodextrin. Các chất ổn định có thể được sử

dụng kết hợp nhưng tổng liều lượng sử dụng nằm trong khoảng 0.1 – 1.0 %.

- Muối ăn được bổ sung với liều lượng là 0.5 – 1.5%.

- Các phụ gia khác: chất tạo ngọt (tự nhiên và/hoặc nhân tạo), calcium, vitamin,

flavoring, chất tạo màu, và các thành phần khoáng,…

Các puree trái cây hay hạt đã được tiệt trùng có thể được trộn với hỗn hợp sau quá

trình đồng hóa, trước khi đóng gói.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

Prebiotic là một thành phần thực phẩm có khả năng cải thiện hệ tiêu hóa và hỗ trợ

hệ miễn dịch. Khái niệm prebiotic ra đời mới đây và những bằng chứng khoa học về

tác dụng đến sức khỏe chưa hoàn toàn thuyết phục. Tuy nhiên, với bản chất là

carbohydrate, prebiotic đã có lịch sử sử dụng an toàn từ lâu trong công nghiệp thực

phẩm. Vì vậy, prebiotic sẽ tiếp tục phát triển về số lượng và khả năng ứng dụng của nó

trong công nghiệp thực phẩm cũng như trong y học.

Những tác dụng của prebiotic đối với sức khỏe là những tương tác phức tạp. Vì

vậy, cơ chế tác dụng của prebiotic sẽ tiếp tục được nghiên cứu và giải thích tỉ mỉ hơn.

Trong tương lai, nhiều loại prebiotic mới sẽ được phát hiện.

Prebiotic được ứng dụng là một thành phần của thực phẩm. Quá trình bổ sung

prebiotic vào sản phẩm thực phẩm được xem là đơn giản nhưng chưa được công bố cụ

thể. Vì vậy, công việc của các kỹ sư thực phẩm là đưa ra những công thức bổ sung

prebiotic tối ưu cho những sản phẩm mới; xác định và ứng dụng đặc tính công nghệ

của prebiotic vào các sản phẩm mới đó.

Các sản phẩm chứa prebiotic và probiotic đang ngày càng tăng và sẽ tiếp tục tăng.

Các sản phẩm sữa vẫn chiếm ưu thế trong những sản phẩm chứa prebiotic. Tuy nhiên,

khả năng ứng dụng prebiotic vào thực phẩm vượt xa probiotic do tính ‘không sống’

của nó. Vì vậy, các sản phẩm chứa prebiotic sẽ đa dạng hơn.

Ở Việt Nam, thức ăn và nước uống nhiễm vi sinh vật là rất nhiều. Vì vậy,

probiotic có thể thích hợp hơn để hỗ trợ chức năng miễn dịch cho cơ thể. Probiotic sẽ

tiếp tục phát triển ở những sản phẩm nó đã chiếm ưu thế như các sản phẩm sữa. Tuy

nhiên, prebiotic vẫn có tiềm năng để phát triển trên các sản phẩm khác sữa. Do đó, sự

thành công và phát triển của các sản phẩm probiotic là dự báo sự thành công của các

sản phẩm prebiotic.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Nguyễn Thị Chính và Trương Thị Hòa (2005). Vi sinh vật y học. Nhà xuất bản Đại

học Quốc gia Hà Nội, 258 trang.

2. Trịnh Hữu Hằng (2007). Sinh học cơ thể động vật. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

Hà Nội, 311 trang.

3. Tạ Thúy Lan và Trần Thị Loan (2007). Giải phẫu sinh lí người. Nhà xuất bản Đại

học Sư phạm, 542 trang.

4. Hoàng Gia Lợi (2005). Ung thư đại trực tràng. Bài giảng lý thuyết cho học viên

Sau Đại học. Học viện Quân y, 20 trang.

5. Phạm Đình Lựu (2001). Sinh lý học y khoa.Bài giảng cho sinh viên. Đại học Y

Dược TP. Hồ Chí Minh, 279 trang.

6. Lê Văn Việt Mẫn (2004). Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống,

Tập 1: Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

TP. Hồ Chí Minh, 294 trang.

7. Phạm Hoàng Phiệt (2006). Miễn dịch – Sinh lý bệnh. Nhà xuất bản y học, 327

trang.

Tiếng Anh

8. Amadio L. và cộng sự (2009).The prebiotic effects of a new mixture of soluble

fermentable fibres in the treatment of chronic constipation. Pelviperineology,Vol.

28, 55-58.

9. Bakó K. B. và cộng sự (2007). Hydrolysis of pectin by Aspergillus niger

polygalacturonase in a membrane bioreactor. Journal of Food Engineering, Vol.

78, 438 – 442.

10. Barrett J. S. và Gibson P. R. (2007). Clinical Ramifications of Malabsorption of

Fructose and Other Short-chain Carbohydrates. Practical Gastroenterology, 51 –

65.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

11. Bettler J. và Euler A.R. (2006). An Evaluation of The Growth of Term Infants Fed

Formula Supplemented with Fructo-oligosaccharide. International Journal of

Probiotic and Prebiotic Vol. 1, No. 1, 19 – 26.

12. Biliaderis C.G. và Izydorczyk M.S. (2007). Functional Food Carbohydrates. CRC

Press, 561 pages.

13. Boehm G. và Moro G. (2008). Structural and Functional Aspects of Prebiotic Used

in Infant Nutrition. The Journal of Nutrition, Vol. 138, 1818 – 1828.

14. Bosscher D. và cộng sự (2009). Food-based strategies to modulate the composition

of the intestinal microbiota and their associated health effects.Journal of physiology

and pharmacology, Vol. 60, Suppl 6, 5 – 11.

15. Bouhnik Y. và cộng sự (1997). Administration of Transgalacto-Oligosaccharides

Increases Fecal Bifidobacteria and Modifies Colonic Fermentation Metabolism in

Healthy Humans. The Journal of Nutrition, Vol. 127, 444–448.

16. Bruzzese E. và cộng sự (2009). A formula containing galacto- and fructo-

oligosaccharides prevents intestinal and extra-intestinal infections: An

observational study. Clinical Nutrition, 1–6.

17. Cashman K. (2003). Prebiotic and Calcium Bioavailability. Current Issues

Intestinal Microbiology 4, 21-32.

18. Charalampopoulos D. và Rastall, R.A. (2009). Prebiotic and Probiotic Science and

Technology. Springer Science+Business Media, LLC, 1237 pages.

19. Chen H. M. và cộng sự (2005). The Preparation and Bioactivity Research of Agaro-

Oligosaccharides. Food Technology Biotechnology, Vol. 43, No. 1, 29–36.

20. Chen, C. S. và cộng sự (2002). Optimization of the enzymic process for

manufacturing low-lactose milk containing oligosaccharides. Process Biochemistry,

Vol. 38, 801-808.

21. Cho S. S. và Finocchiaro E.T.(2010). Handbook of Prebiotic and Probiotic

Ingredients, Health Benefits and Food Applications. CRC Press, 417 pages.

22. Cinquin C. và cộng sự (2006). Comparative effects of exopolysaccharides from

lactic acid bacteria and fructo-oligosaccharides on infant gut microbiota tested

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

inaninvitro colonic model with immobilized cells. FEMS Microbiol Ecol, Vol. 57,

226–238.

23. Delzenne N. M. (2003). Oligosaccharides: State of the art. Proceedings of Nutrition

Society, Vol. 62, 177 – 182.

24. Djouzi Z. và Andrieux C. (1997). Compared effects of three oligosaccharides on

metabolism of intestinal microflora in rats inoculated with a human faecal flora.

British Journal of Nutrition, Vol. 78, 313-324.

25. Engel L. và cộng sự (2008). Membrane-Chromatography-Reactor-System for the

Continuous Synthesis of Galactosyl-Oligosaccharides. Desalination, Vol. 224 46 –

51.

26. FAO (2007). Technical Meeting on Phrebiotics. September 15-16.

27. Farnworth E. R.(2008). Handbook of Fermented Functional Foods, Second Edition.

CRC Press, 551 pages.

28. Feeney M. J. (2006). Probiotic, Prebiotic and Synbiotics: Evolving Science and

Emerging Products. Health Connections, Issue 4, Vol. 1.

29. Fotiadis C. I. và cộng sự (2008). Role of probiotic, prebiotic and synbiotics in

chemoprevention for colorectal cancer. World Journal of Gastroenterology, Vol.

14, 6453-6457.

30. Fox P. F. và cộng sự (2000). Fundamentals of Chesse Science. Aspen Publishers,

Inc, 559 pages.

31. Gibson G. R. và Rastall R. A. (2006). Prebiotic:Development & Application.John

Wiley & Sons Ltd, 249 pages.

32. Gibson G. R. và Roberfroid M. B. (2008). Handbook of Prebiotic. CRC Press, 475

pages.

33. Gibson G. R. và Williams C. M. (2000). Functional foods, Concept to product.

Woodhead Publishing Ltd, 365 pages.

34. Gibson G. R. và cộng sự (2004). Dietary modulation of the human colonic

microbiota: updating the concept of prebiotic. Nutrition Research Reviews, Vol. 17,

259 – 275.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

35. Gindy A. E. và cộng sự (2009). Improvement of Extracellular â-Galactosidase

Production by Thermophilic Fungi Chaetomium thermophile and Thermomyces

lanuginosus. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, Vol.3, No. 3, 1925

– 1932.

36. Gonzalez R. và cộng sự (2009). Experimental and Modeling Study of Galactosyl-

Oligosaccharides Formation in Continuous Recycle Membrane Reactors (CRMR).

The Open Food Science Journal, Vol. 3, 1 – 9.

37. Grajek W. và cộng sự (2005). Probiotic, prebiotic and antioxidants as functional

foods. Acta Biochimica Polonica, Vol. 52, No. 3, 665–671.

38. Grosová Z. và cộng sự (2008). Perspectives and Applications of Immobilised β-

Galactosidase in Food Industry – a Review. Czech Journal Food Science, Vol. 26,

No. 1, 1–14.

39. Guarner F. và cộng sự (2008). Probiotic and prebiotic. World Gastroenterology

Organisation Practice Guideline.

40. Gugler E. J. (2008). Investigation on the prebiotic effect of a novel galacto-

oligosaccharide mixture: using pure and mixed culture fermentation. Academic

Dissertation. University of Bodenkultur, Wien.

41. Haines B. (5/2005). Nutrient-Rich Dairy May Find New Role in Functional Foods.

Dairy Foods, 28 – 30.

42. Harish K. và Varghese T. (2006). Probiotic in humans – evidence based review.

Calicut Medical Journal, Vol. 4, No. 4.

43. Hijova E. và cộng sự (2009). Prebiotic foodstuffs and their health benefits in

experiment. Bratisl Lek Listy, Vol.110, No. 9, 525 – 525.

44. Hirayama M. (2002). Novel physiological functions of Oligosaccharides. Pure and

Applied Chemistry, Vol. 74, No. 7, 1271–1279.

45. Hui Y. H. và cộng sự (2004). Handbook of Food and Beverage Fermentation

Technology. Marcel Dekker, Inc.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

46. Indrio F. và cộng sự (2009). Effects of probiotic and prebiotic on gastronintestinal

motility in newborn. Journal of Physiology and Pharmacology, Vol. 60, Suppl 6, 27-

31.

47. Jacobs D. M. (2009). Non-Digestible Food Ingredients, Colonic Microbiota and the

Impact on Gut Health and Immunity: A Role for Metabolomics. Current Drug

Metabolism, Vol. 10, No. 1, 41 – 54.

48. Kaplan H. và Hutkins R. H. (2000). Fermentation of Fructooligosaccharides by

Lactic Acid Bacteria and Bifidobacteria. Applied and Environmental Microbiology,

Vol. 66, No. 6, 2682–2684.

from 49. Kara F. (2004). Release and characterization of beta-galactosidase

Lactobacillus plantarium. MSc thesis. Middle East Technical University.

50. Kaur N. và Gupta A. K. (2002). Applications of inulin and oligofructose in health

and nutrition. Journal Bioscience, Vol. 27, No. 7, 703–714.

51. Kelly G. (2008). Inulin-Type Prebiotic – A Review: Part 1. Alternative Medicine

Review, Vol. 13, No.4, 315 – 329.

52. Kim J. H. và cộng sự (2001). Production of Galactooligosaccharide by β-

Galactosidase from Kluyveromyces maxianus var lactis OE-20. Biotechnology

Bioprocess Eng, Vol. 6, 337-340.

53. Kolida S. và cộng sự (2002). Prebiotic effects of inulin and oligofructose. British

Journal of Nutrition 87, Suppl. 2, 193–197.

54. Korish M. và Salem M. (2007). A broad specificity β-glucosidase from a wild type

of yeast isolate and its potential use in food industry. Alex. Journal Fd. Science and

Technology, Vol. 4, No.1, 63 – 72.

55. Kukkonen K. và cộng sự (2008). Long-Term Safety and Impact on Infection Rates

of Postnatal Probiotic and Prebiotic (Synbiotic) Treatment: Randomized, Double-

Blind, Placebo-Controlled Trial. Pediatrics, Vol. 122, 8 -12.

56. Kukkonen K.và cộng sự (2007). Probiotic and prebiotic galactooligosaccharides in

the prevention of allergic diseases: A randomized, double-blind, placebo controlled

trial. Journal Allergy Clinic Immunol, Vol. 119, 192 – 198.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

57. Lee V. S. Y. (2009). The use of crude cell extracts of lactic acid bacteria optimized

for betagalactosidase activity to form galactooligosaccharides with lactose,

mannose, fucose, and N-acetylglucosamine. MSc Thesis. University of Alberta.

58. Lee Y. K. và Salminen S. (2009). Handbook of Probiotic and Prebiotic, Second

Edition. John Wiley & Sons, Inc, 585 pages.

59. Liong M. T. (2008). Roles of Probiotic and Prebiotic in Colon Cancer Prevention:

Postulated Mechanisms and In-vivo Evidence. International Journal of Molecular

Sciences, Vol. 9, 854 – 863.

60. Loo J.V. và cộng sự (1999). Functional food properties of non-digestible

oligosaccharides: a consensus report from the ENDO project (DGXII AIRII-CT94-

1095). British Journal of Nutrition, Vol. 81, 121–132.

61. Lum A. K. và Albrecht J. A. (2008). Sensory Evaluation of Ice Cream made with

Prebiotic Ingredients. Review of Undergraduate Research in Agri-cultural and Life

Sciences.The Berkeley Electronic Press.

62. McSweeney P. L. H. và Fox P. F. (2009). Advanced Dairy Chemistry Volume 3:

Lactose, Water, Salts and Minor Constituents, Third Edition. Springer

Science+Business Media, LLC, 759 pages.

63. Meyer D. (2008). Prebiotic dietary fibres and the immune system. AgroFOOD

industry hi-tech, Vol. 19, No. 3, 12 – 15.

64. Mlichová Z. và Rosenberg M. (2006). Current trends of β-galactosidase application

in food technology. Journal of Food and Nutrition Research, Vol. 45, No. 2, 47 – 54.

65. Morais M. B. và Jacob C. M. A (2006).The role of probiotic and prebiotic in

pediatric practice. Jornal de Pediatria, Vol. 82, 189 – 197.

(2008). Xylooligosaccharide Enriched Yoghurt: 66. Mumtaz S. và cộng sự

Physicochemical and Sensory Evaluation. Pakistan Journal of Nutrition, Vol. 7, No.

4, 566 – 569.

67. Nakakuki T.(2002). Present status and future of functional oligosaccharide

development in Japan. Pure and Applied Chemistry, Vol. 74, No.7, 1245 – 1251.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

68. Niittynen L. và cộng sự (2007). Galacto- oligosaccharides and bowel function.

Scandinavian Journal of Food and Nutrition, Vol. 51, No. 2, 62 – 66.

69. Niness K. R. (1999). Inulin and Oligofructose: What Are They?. The journal of

nutrition, Vol.129, 1402S–1406S.

70. Oku T. và Nakamura S. (2002). Digestion, absorption, fermentation, and

metabolism of functional sugar substitutes and their available energy. Pure and

Applied Chemistry, Vol. 74, No. 7, 1253–1261.

(2001). Continuous Production of Pectic 71. Olano-Martin E. và cộng sự

Oligosaccharides in an Enzyme Membrane Reactor. Journal of Food Science, Vol.

66, No. 7, 966 – 971.

72. Onishi N. và cộng sự (1995). Production of Galacto-Oligosaccharide from Lactose

by Sterigmatomyces elviae CBS8119. Applied and Environmental Microbiology,

Vol. 61, No. 11, 4022–4025.

73. Osiriphun S. và Jaturapiree P. (2009). Isolation and characterization of β-

galactosidase from the thermophile B1.2. Asian Journal of Food Agro – Industry,

Vol. 2, No. 4, 135-143.

74. Parvez S. và cộng sự (2006). Probiotic and their fermented food products are

beneficial for health. Journal of Applied Microbiology, Vol. 100, 1171–1185.

75. Pastell H. (2010). Preparation, structural analysis and prebiotic potential of

arabinoxylo-oligosaccharides. Acadamic Dissertation. University of Helsinki.

(2010). Handbook of Nutraceuticals, Volume 1: Ingredients, 76. Pathak Y.

Formulations, and Applications. CRC Press, 367 pages.

77. Petrova V.Y. và Kujumdzieva A. V.(2010). Thermotolerant Yeast Strains

Producers of Galactooligosaccharides. Biotechnology & Biotechnol. Eq., Vol. 24,

No.1, 1612 – 1619.

in Irritable Bowel Syndrome: An 78. Quigley E. M. M. (2007). Probiotic

Immunomodulatory Strategy?. Journal of the American College of Nutrition, Vol.

26, No. 6, 684 – 690.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

79. Rastall R. A. (2004). Bacteria in the Gut: Friends and Foes and How to Alter the

Balance. The journal of nutrition, Vol. 134, 2022S – 2026S.

80. Rastall R. A. và Gibson G. R. (2004). Functional Foods – Development in colonic

functional foods for improved digestive health. Bioscience explained, Vol.2, No.1.

81. Rathee P. và cộng sự (2008). The facts about prebiotic. Pharma Times, Vol. 40, No.

9, 11 – 16.

82. Reddy B. S. (1999). Possible Mechanisms by Which Pro- and Prebiotic Influence

Colon Carcinogenesis and Tumor Growth. The Journal of Nutrition 129, 1478–

1482.

83. Rhoades J. và cộng sự (2008). Oligosaccharide-Mediated Inhibition of the Adhesion

of Pathogenic Escherichia coil Strains to Human Gut Epithelial Cells In Vitro.

Journal of Food Protection, Vol. 71, No. 11, 2008, 2272 – 2277.

84. Roberfroid M.(2005), Inulin-Type Fructans Functional Food Ingredients, CRC

Press, 351 pages.

85. Robinson R. K.(2002). Dairy Microbiology Handbook, Third Edition. John Wiley

and Sons, Inc, 737 pages.

86. Romeo J. và cộng sự (2010). Immunomodulatory effect of fibres, probiotic and

synbiotics in different life-stages. Nutrition Hospital, Vol. 25, No. 3, 341 – 349.

87. Schaafsma G. và cộng sự (1998). Effects of a milk product, fermented by

Lactobacillus acidophilus and with fructo-oligosaccharides added, on blood lipids

in male volunteers.European Journal of Clinical Nutrition (1998) 52, 436 - 440.

88. Salminen S. và cộng sự (2004). Lactic Acid Bacteria , Microbiological and

Functional Aspects Third Edition, Revised and Expanded. Marcel Dekker, Inc, 613

pages.

89. Sandholm T. M. và Saarela M. (2003). Functional dairy products. Woodhead

Publishing Ltd, 390 pages.

90. Shioiri T. và cộng sự (2006). The effects of a synbiotic fermented milk beverage

containing Lactobacillus casei strain Shirota and transgalactosylated

oligosaccharides on defecation frequency, intestinal microflora, organic acid

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

concentrations, and putrefactive metabolites of sub–optimal health state volunteers:

a randomized placebo–controlled cross-over study. Bioscience Microflora 25, 137

-146.

91. Shoaf K. và cộng sự (2006). Prebiotic Galactooligosaccharides Reduce Adherence

of Enteropathogenic Escherichia coli to Tissue Culture Cells. Infection and

Immunity, Vol. 74, No. 12, 6920–6928.

92. Shortt C. và O’Brien J. (2004). Handbook of Functional Dairy Products. CRC

Press, 285 pages.

93. Silver và cộng sự (2009). Cheese Products Containing Galacto-Oligosaccharides

And Having Reduced Lactose Levels. United States Patent and Trademark Office.

Patent Number: 20090297660.

94. Tamime A. (2005). Probiotic Dairy Products. Blackwell Publishing Ltd, 207 pages.

functional food: 95. Toma M. M. và Pokrotnieks J. (2006). Probiotic as

microbiological and medical aspects. Acta Universitatis Latviensis, Vol. 710,

Biology, 117–129.

96. Tomasik P. J. và Tomasik P. (2003). Probiotic and Prebiotic. Cereal Chemistry,

Vol. 80, No. 2, 113-117.

97. Tuohy K. M. và cộng sự (2005). Modulation of the Human Gut Microflora Towards

Improved Health Using Prebiotic – Assessment of Efficacy. Current Pharmaceutical

Design, Vol. 11, No.1, 75-90.

98. Tzortzis G. (2008). The future of biotics. Food Chain Magazine, 17 – 19.

99. Vandenplas Y. (2002). Oligosaccharides in infant formula. British Journal of

Nutrition 87, Suppl. 2, 293–296.

100. Wall R. và cộng sự (2009). Role of Gut Microbiota in Early Infant Development.

Clinical Medicine: Pediatrics, Vol. 3, 45–54.

101. Wichienchot S. và cộng sự (2003). In vitro Fermentation of Mixed Linkage

Glucooligosaccharides Produced by Gluconobacter oxydans NCIMB 4943 by the

Human Colonic Microflora. Current Issues Intestinal Microbiology 7, 7–12.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

102. Wichienchot S.và cộng sự (2009). Manufacture of gluco-oligosaccharide prebiotic

by Gluconobacter oxydans NCIMB 4943.Songklanakarin Journal Science

Technology, Vol.31, No.6, 597-603.

103. Wollowski I. và cộng sự (2001). Protective role of probiotic and prebiotic in colon

cancer.The American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 73, 451–455.

104. Yun J. W. (1996). Fructooligosaccharides – Occurrence, Preparation and

Application. Enzyme and Microbial Technology, Vol.19, 107 – 117.

Internet

105. Bloch T. D. Prebiotic for Adults. Abbott.

< http://anhi.org/abbottnutritionrd/pdfs/adult%20prebiotic.pdf >. (6/2010)

106. Brunt K. (2002). Challenges in dietary fibre analyses. Eurofins Food.

. (06/2010)

107. Garssen J. (2009). Immune System: the Sixth Sense Organ, Non-digestible carbohydrates as a breakthrough for immuno-nutrition. Danone Research và Utrecht University.

(6/2010)

108. Holm F. (2001). Gut health, A Flair-Flow Europe synthetic report on the health

impact of pro- and prebiotic. FoodGroup Denmark.

< http://www.functionalfoodnet.eu/images/site/assets/a-Gut-health.pdf > (6/2010)

109. Kai T.M.K. và Aotearoa A (5/2010). Application A1032 β-galactosidase as a processing aid (enzyme) approval report. Food Standards Australia New Zealand (FSANZ).

(6/2010)

110. Laparra J.M. và Sanz Y.(2010). Interactions of gut microbiota with functional food components and nutraceuticals. Institute of Agrochemistry and Food Technology

(IATA), Spain.

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

(6/2010)

111. Majeed M. và Prakash L.(2007). Probiotic for health and wellbeing. Sabinsa

Corporation.

(6/2010)

112. Miesfeld (2008). Lecture 31 - Carbohydrate Structure.

Fall08/Lec31-F08-Handout.pdf > (6/2010)

113. Mussatto S. I. và Mancilha I. M. (2006). Non-digestible oligosaccharides: A review.

(6/2010)

114. Rastall R. A. và Gibson G. R. (2000). Evidence for the Putative Health Benefits of Prebiotic Oligosaccharides Involved in the Prophylactic Management of Gut Disorder: Mechanisms and Human Data. Food Microbial Sciences Unit, School of Food Biosciences, The University of Reading, UK.

< http://www.leakygut.co.uk/Robert%20Rastall%20Prebiotic.pdf>(6/2010)

115. Rowland I. Dairy probiotic and gut health. Department of Food Biosciences

University of Reading.

< http://lactose.ru/present/4Ian_Rowland.pdf >(6/2010)

116. Stones M. (3/2010). Global upswing for probiotic and prebiotic food and

beverages. Supplements & Nutrition - North America.

< http://www.vmc-health.com/Probiotic%20news/Global%20upswing% 20for %20 probiotic %20and%20prebiotic%20food%20and%20beverages.pdf>(6/2010)

117. Tuohy K. và Gibson G. R. (2007). Overview of Probiotic and Prebiotic. Department

of Food Biosciences, The University of Reading.

< http://www.foodforhealthscotland.org/KTuohy%20Oct%2007.pdf>(6/2010)

118. Walzem R. L. (2008). Tác dụng tăng cường sức khỏe của whey protein và các

thành phần của whey. U.S. Dairy Export Council.

< http://usdec.files.cms-plus.com/PDFs/2008Monographs/Health %20 Enhancing

_Vietnamese_optimized.pdf>(6/2010)

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

119. Wieder S.(2009). Probiotic now and for the future. E-Nutrition NEWS.

< http://health.alprosoya.co.uk/fileadmin/www_alpro soya_com/contenthealth.

and_ for_ the

alpro-soja.com/EN/nutrition-in-practice-focus/Probiotic_now_ _future.pdf>(6/2010)

120. Wine E. (2008). Intestinal Microbes: The Inside Story on Childhood Health.

University of Toronto and SickKids.

c20081.pdf> (6/2010).

121. Activia by Danone containing Bifidobacterium animalis (lactis), Monograph for

health care professionals. Danone.

(3/2010)

- Takara 122. “Agaro-oligosaccharide”, agar derived natural oligosaccharide

AgaoligoTM .Takara Bio Inc.

< http://www.takara-bio.com/products/pdfs/aga.pdf > (6/2010)

123. Application for the approval of isomaltulose (2003). Cargill.

< http://www.food.gov.uk/multimedia/pdfs/isomaltulose.pdf> (6/2010)

124. Dairy Foods and Probiotic: A Perfect Opportunity (2004). Foods Dairy & Dairy

Management Inc.

(3/2010).

for specified health use 125. Japanese Market Information: TOKUHO, Food

(FOSHU)(2009).

(6/2010)

126. Lactose intolerance. DSM Product.

(5/2010).

127. Market developments and industry challenges for lactose and lactose derivatives

(5/2007). 3A Business Consulting.

( 6/2010)

128. Prebiotic fibres, A natural source of cancer prevention (2007).

Tìm hiểu prebiotic trong các sản phẩm sữa

(6/2010)

129. Prebiotic orange juice (2009). DMV International.

juice.pdf > (6/2010)

130. Probiotic Applications in Gastrointestinal Health & Disease. Proceedings -The

Dannon Company, Inc. and Yakult Honsha Co., Ltd

< http://www.usprobiotic.org/docs/ACGproceedings.pdf > (6/2010)

131. The European market for probiotic and prebiotic.

(3/2010)

132. European Nutrition Research Update, Issue 1 (2004). Kellogg’s

< http://knru.com/pdf/issue1_2004.pdf>(6/2010)

133. Press Information (2008). Beneo – Orafti.

(6/2010)

134. Review of literature.

(6/2010)

135. (5/2010)

136. (6/2010)

137. (6/2010)

138. (6/2010)

139. (6/2010)

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

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Miệng Không bị phân giải bởi nước bọt, hệ vi sinh vật miệng

Dạ dày Không bị thủy phân bởi acid

Ruột non Không bị thủy phân bởi enzyme, Không được hấp thu

Ruột già Được lên men bởi vi khuẩn bifidobacteria/lactobacilli

Cream

Có thể bạn quan tâm

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng app nghe nhạc kết hợp các tiện ích AI

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho một chung cư cao tầng bài 10C STT48

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất kính tấm và kính cường lực năng suất 150000 tấn/năm

Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế mô phỏng và thi công mô hình xe điện hỗ trợ vận chuyển hàng hóa

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và tính toán động lực học robot công nghiệp ba bậc tự do

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu GPS và bản đồ số trực tuyến

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy nhiệt điện đốt than công suất 1200 MW và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu suất vận hành tuabin hơi nhà máy nhiệt điện công suất lớn

Đồ án tốt nghiệp: Công nghệ IoT và ứng dụng cho hệ thống giám sát ắc quy

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa xe VinFast Fadil 2019

Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống đỗ xe thông minh

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Multimeter giao tiếp với máy tính đo đếm thông số điện một pha

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu về ứng dụng công nghệ số trong sản xuất in và tác động của nó đến chiến lược kinh doanh của công ty in

Đồ án tốt nghiệp: Phân tích, thiết kế và xây dựng website xem phim trực tuyến

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng hệ thống website quản lý trang thiết bị cho trường học

Đồ án tốt nghiệp: Thi công mô hình hệ thống phanh đĩa và hệ thống lái thủy lực

Đồ án tốt nghiệp: Tăng cường cho vay giải quyết việc làm tại Ngân hàng Chính sách Xã hội – Chi nhánh thành phố Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng hệ thống chia sẻ tài liệu theo kiến trúc hướng dịch vụ

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu giải pháp devsecops trong hỗ trợ phát triển phần mềm

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng website thực phẩm kết hợp tìm kiếm sản phẩm bằng hình ảnh

Tài liêu mới

Đề cương đồ án tốt nghiệp: Thành lập bản đồ địa chính khu vực xã Mỹ Lạc, huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An bằng công nghệ GNSS-RTK

Báo cáo bài tập lớn Vật lý 1: Xác định quĩ đạo của chất điểm khi có phương trình vận tốc

Bài tiểu luận: Hệ thống sản xuất aspirin từ thiết bị vỏ áo hoạt động liên tục cho ra 10kg sản phẩm mỗi giờ

Báo cáo bài tập lớn Vật lý A1: Vẽ quỹ đạo chuyển động ném xiên trong trọng trường bỏ qua lực cản và xác định một vài thông số liên quan

Báo cáo bài tập lớn Vật lý 1: Vẽ quĩ đạo của vật khi có phương trình chuyển động

Báo cáo bài tập lớn: Vẽ quỹ đạo chuyển động ném xiên trong trọng trường bỏ qua lực cản và xác định một vài thông số liên quan

Bài tập lớn: Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại ống chùm thẳng đứng

Báo cáo bài tập lớn Vật lý A1: Vẽ quỹ đạo chuyển động ném xiên trong trọng trường bỏ qua lực cản và xác định một vài thông số liên quan

Báo cáo bài tập lớn Vật lý 1: Vẽ quĩ đạo của vật khi có phương trình chuyển động

Báo cáo bài tập lớn Vật lý 1: Xác định quỹ đạo của vật bằng hàm Mathlab

Báo cáo bài tập lớn Vật lý 1: Vẽ quỹ đạo của electron trong điện trường tĩnh

Báo cáo bài tập lớn: Vẽ quỹ đạo chuyển động ném xiên trong trọng trường bỏ qua lực cản và xác định một vài thông số liên quan

Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu sự vận chuyển phóng xạ từ đất lên thực vật

Khóa luận tốt nghiệp: Bài toán biên dirichlet cho phương trình elliptic cấp 2 dạng bảo toàn trong hình tròn đơn vị

Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát điều kiện tách chiết và hoạt tính sinh học của cao chiết hoa đu đủ đực (Carica papaya L.) từ methanol và acetone

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook