Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ phế liệu tôm

ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LÊ THỊ THANH NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƢƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm HUẾ - 2018 ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LÊ THỊ THANH NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƢƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 8540101 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐỖ THỊ BÍCH THỦY HUẾ - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây cơng trình nghiên cứu riêng tơi dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Đỗ Thị Bích Thủy Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực, phần đƣợc cơng bố tạp chí khoa học chun ngành với đồng ý cho phép đồng tác giả Phần cịn lại chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Thị Thanh ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn nỗ lực đam mê thân, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, động viên q thầy cơ, gia đình bạn bè Lời tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Thị Bích Thủy định hƣớng nghiên cứu tận tình hƣớng dẫn tơi q trình học tập thực luận văn Tơi xin cảm ơn Phòng Đào tạo, Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Huế tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành thủ tục cần thiết q trình làm nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Chủ nhiệm Khoa, thầy giáo khoa Cơ khí - Công nghệ, trƣờng Đại học Nông Lâm Huế quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian học trƣờng thực đề tài luận văn Cuối xin cảm ơn ngƣời thân gia đình bạn bè ln bên để động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Lê Thị Thanh iii TĨM TẮT Nghiên cứu số thơng số cơng nghệ thích hợp để thủy phân lên men phế liệu tôm chủng B subtilis C10 L fermentum TC10 đề xuất quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenprotein từ PLT Kết đề tài làm tiền đề cho nghiên cứu xử lý PLT kết hợp hai chế phẩm vi sinh nhằm tạo chế phẩm probitic giàu carotenoprotein có khả ứng dụng chăn nuôi Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng để phân tích tiêu q trình nghiên cứu thực nội dung đề tài: phƣơng pháp tăng sinh nuôi cấy để thu nhận sinh khối tế bào, xác định số tế bào sống phƣơng pháp đếm khuẩn lạc đĩa thạch, xác định hoạt độ protease phƣơng pháp Ason cải tiến, xác định hàm lƣợng protein tổng số phƣơng pháp Kjeldahl, xác định hàm lƣợng nitơ formol phƣơng pháp sorensen, xác định hoạt tính kháng oxy hóa phƣơng pháp DPPH, xác định hàm lƣợng astaxanthin phế liệu tôm xác định độ ẩm phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi Các thơng số cơng nghệ thích hợp để xử lý PLT quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenprotein: tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT 1:2 Nhiệt độ lên men 35oC thời gian lên men 24 Sau xác định đƣợc thông số để xử lý PLT, tiếp tục khảo sát tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein thu đƣợc từ trình lên men vào chất mang bã sắn khơ, thực sấy chế phẩm nhiệt độ 35oC xác định đƣợc tỷ lệ phối trộn thích hợp 1:4 thơng qua tiêu mật độ tế bào sống (9,45 lg CFU/g), hoạt độ protease (28,74 UI/ml), hàm lƣợng astaxanthin (4,2 µg/g) độ ẩm (6,9%) đạt yêu cầu chế phẩm Xây dựng đƣợc quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ phế liệu tôm iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH ẢNH ix MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .2 CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC 1.1.1 Khái niệm probiotic 1.1.2 Tác dụng probiotic 1.2 TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC 1.2.1 Khái niệm vi khuẩn lactic 1.2.2 Ứng dụng vi khuẩn lactic 1.2.3 Lactobacillus fermentum .8 1.3 TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN BACILLUS 1.3.1 Giới thiệu Bacillus 1.3.2 Đặc điểm chung 10 1.3.3 Bacillus subtilis 10 1.4 PHẾ LIỆU TÔM .13 1.5 PHỨC HỢP CAROTENOPROTEIN VÀ ASTAXANTHIN 13 1.5.1 Nguồn gốc chất chế phẩm caroten-protein 13 1.5.2 Astaxanthin ứng dụng 14 v 1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 16 1.6.1 Trên giới 16 1.6.2 Ở Việt Nam 20 CHƢƠNG NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .24 2.1.1 Phạm vi nghiên cứu 24 2.1.2 Đối tƣợng nghiên cứu 24 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 24 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.3.1 Phƣơng pháp vi sinh 25 2.3.2 Phƣơng pháp hóa sinh 26 2.3.3 Phƣơng pháp vật lý 28 2.3.4 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm để thực nội dung nghiên cứu .29 2.3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu 34 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA PHẾ LIỆU TÔM .36 3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ GIỮA B subtilis C10 VÀ L fermentum TC10 GIEO CẤY BAN ĐẦU VÀO PHẾ LIỆU TÔM ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN 37 3.2.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hoạt độ enzyme protease 37 3.2.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến mật độ tế bào sống 39 3.2.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hoạt tính kháng oxy hóa 40 3.2.4 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu 41 3.2.5 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hàm lƣợng nitơ formol .42 3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN MEN ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN .43 vi 3.3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hoạt độ protease 43 3.3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến mật độ tế bào sống 44 3.3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa 45 3.3.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu 46 3.3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng nitơ formol 47 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN LÊN MEN ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN .48 3.4.1 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hoạt độ protease .49 3.4.2 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến mật độ tế bào sống 50 3.4.3 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa 51 3.4.4 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu 52 3.4.5 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hàm lƣợng nitơ formol 54 3.5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ PHỐI TRỘN DỊCH CAROTENOPROTEIN VÀO CHẤT MANG ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC 55 3.5.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến mật độ tế bào sống 55 3.5.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến hoạt độ protease, hàm lƣợng astaxanthin độ ẩm chế phẩm 56 3.6 THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .60 KẾT LUẬN 60 ĐỀ NGHỊ .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANOVA Analysis of Variance AA Activity of Amylase BOD Biochemical Oxygen Demand CFU Colony-forming Unit COD Chemical Oxygen Demand ĐC Đối chứng DDA Deacety hóa DH Degree of Hydrolysis DO Dissolved Oxygen DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl FBC Fat Binding Capacity LAB Lactic acid bacteria OD Optical Density PA Protease Activity PFCP Peptide from Carotenoprotein PLT Phế liệu tôm SF Submerged Fermentation SSF Solid - State Fermentation UI International Unit VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật WBC Water Binding Capacity viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thành phần hoá học phế liệu tôm .36 Bảng 3.2 Thơng số thích hợp cho q trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ PLT B subtilis C10 L fermentum TC10 54 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến hoạt độ protease, hàm lƣợng astaxanthin độ ẩm chế phẩm 56 ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Vi khuẩn Lactobacillus fermentum Hình 1.3 Khuẩn lạc Bacillus subtilis mơi trƣờng thạch 11 Hình 1.2 Tế bào Bacillus subtilis sau nhuộm gram 11 Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo astaxanthin .14 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến chất lƣợng chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein 29 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến chất lƣợng chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .31 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian lên men đến chất lƣợng chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .33 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn dịch carotenprotein với chất mang đến chất lƣợng chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .35 Hình 3.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hoạt độ protease 38 Hình 3.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến mật độ tế bào sống 39 Hình 3.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hoạt tính kháng oxy hóa 40 Hình 3.4 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu 41 Hình 3.5 Ảnh hƣởng tỷ lệ B subtilis C10 L fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến hàm lƣợng nitơ formol 42 Hình 3.6 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hoạt độ protease 44 Hình 3.7 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến mật độ tế bào sống 45 Hình 3.8 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa .46 Hình 3.9 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu 47 Hình 3.10 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng nitơ formol .48 x Hình 3.11 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hoạt độ protease 49 Hình 3.12 Ảnh hƣởng thời gian đến mật độ tế bào sống 51 Hình 3.13 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa 52 Hình 3.14 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu 53 Hình 3.15 Ảnh hƣởng thời gian lên men đến hàm lƣợng nitơ formol .54 Hình 3.16 Ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến mật độ tế bào sống 55 Hình 3.18 Bột sắn khơ 57 Hình 3.17 Dịch carotenoprotein 57 Hình 3.19 Chế phẩm trƣớc sau sấy 57 Hình 3.20 Quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .58 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Việt Nam nƣớc nơng nghiệp có ngành chăn ni phát triển có đóng góp to lớn vào phát triển kinh tế đất nƣớc Vì vậy, vấn đề nâng cao suất, chất lƣợng sản phẩm cải thiện môi trƣờng chăn nuôi đƣợc quan tâm nƣớc ta Việc lạm dụng kháng sinh ngƣời chăn nuôi trở thành vấn đề nan giải Hệ lƣợng tồn dƣ kháng sinh có thực phẩm khơng ảnh hƣởng đến vật ni mà cịn nguy hại đến sức khỏe ngƣời tiêu thụ thực phẩm Để hạn chế tiến tới loại bỏ kháng sinh thức ăn chăn nuôi, sử dụng probiotic giải pháp thay kháng sinh quan trọng Probiotic vi khuẩn có ích nấm men đƣa vào thể liều lƣợng vừa đủ sản sinh enzyme tiêu hóa, vitamin chất có hoạt tính kháng khuẩn, tạo tác động tích cực q trình tiêu hóa, giúp hấp thu dƣỡng chất tốt (FAO/WHO, 2001) [66] Các loài Bacillus Lactobacillus đƣợc xem đối tƣợng giàu tiềm để sản xuất probiotic Do Bacillus khơng có khả sinh bào tử để chống chịu với điều kiện môi trƣờng bất lợi (Sanders cs, 2003, Hong cs, 2005) [73], [109], mà cịn sinh chất kháng sinh, chất kháng khuẩn kìm hãm VSV (vi sinh vật) gây bệnh (Sanders cs, 2003) [109] B subtilis sinh nhiều loại enzyme, đặc biệt  amylase protease kiềm có giá trị cao Ngồi ra, B subtilis có khả sinh riboflavin (tiền vitamin B2) (Nguyễn Lân Dũng cs, 2001) [4] Lactobacillus đƣợc biết đến nhóm VK (vi khuẩn) có chức probiotic có nhiều tác động có lợi cho sức khỏe ngƣời nhƣ động vật Khả sinh tổng hợp bacterioxin VK lactic làm cho chúng ức chế VK gây bệnh đƣờng ruột (Đỗ Thị Bích Thủy, 2014) [25] L fermentum VK có khả chống chịu dịch dày, dịch ruột non, kháng VSV gây bệnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, tăng khả kháng oxy hóa (Gotteland cs, 2006; Garcia cs, 2009; Garcia cs, 2012) [67],[68],[69] Trong công nghệ chế biến thuỷ sản xuất Việt Nam, công nghệ chế biến tôm tạo lƣợng lớn PLT (phế liệu tôm) bao gồm đầu tôm vỏ tôm Lƣợng thƣờng chiếm 50-70% nguyên liệu ban đầu PLT nguồn cung cấp protein, chitin carotenoids (Holanda Netto, 2006) [72] Trong đó, carotenoid đƣợc biết chất màu tự nhiên an tồn cho ngành cơng nghệ thực phẩm, dƣợc phẩm mỹ phẩm Gần đây, nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng để tách chiết thu nhận chế phẩm đạm giàu carotenoid Chúng có thành phần protein carotenoid dạng phức hợp caroten-protein có nhiều phế liệu giáp xác (tơm hùm, tơm sú, tơm chì, tơm thẻ chân trắng) số phế liệu hải sản khác Theo Lê Minh Hoàng cs (2015) thành phần carotenoprotein tách chiết từ vỏ đầu tơm có màu đỏ gạch mùi thơm gồm 7,1% hàm lƣợng chất khô, 68,5% hàm lƣợng protein, 7,3% hàm lƣợng lipid, 390 ppm hàm lƣợng astaxanthin, 22,7% hàm lƣợng khống [6] Việc tách chiết chúng khơng thu nhận đƣợc sản phẩm có giá trị gia tăng mà cịn giảm thiểu nhiễm mơi trƣờng (Chakrabarti, 2002; Phạm Thị Đan Phƣợng Trần Thị Luyến, 2013) [16],[58] Vì vậy, nghiên cứu thủy phân lên men PLT phƣơng pháp vi sinh vừa thu hồi đƣợc hàm lƣợng caroten-protein vừa tách đƣợc lƣợng chitin đáng kể (Phạm Thị Đan Phƣợng cs, 2015) [19] Với mong muốn tận dụng nâng cao giá trị PLT tạo sản phẩm probiotic bổ sung vào thức ăn chăn ni, góp phần giảm thiểu vấn nạn sử dụng kháng sinh tràn lan, chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ phế liệu tôm” Mục tiêu đề tài Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ PLT có khả ứng dụng chăn ni quy mơ phịng thí nghiệm làm tiền đề cho nghiên cứu quy mô tiền pilot sản xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1) Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu đề tài góp phần bổ sung thêm thông tin tài liệu liên quan đến sản xuất chế phẩm probiotic nói riêng lĩnh vực cơng nghệ thực phẩm nói chung 2) Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu chế phẩm probiotic tạo tiền đề cho việc xây dựng sở sản xuất chế phẩm quy mô công nghiệp nhằm nâng cao giá trị sử dụng phế liệu tơm góp phần hạn chế việc sử dụng kháng sinh chăn nuôi 3 CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC 1.1.1 Khái niệm probiotic Từ “probiotic” đƣợc bắt nguồn từ Hy Lạp, theo tiếng Anh “for life” nghĩa “dành cho sống”, vi sinh vật sống thể động vật mang lại tác động có lợi cho thể vật chủ Có nhiều định nghĩa probiotic đƣợc đề nghị, Fuller (1989) (theo FAO/WHO, 2001), rõ chất VSV probiotic qua định nghĩa: “một bổ sung vi sinh vật sống qua đƣờng tiêu hóa mà tạo tác động có lợi lên vật chủ thơng qua việc gia tăng cân đƣờng tiêu hóa” Năm 1998 Guarner Schaafsma (theo FAO/WHO, 2001) định nghĩa probiotic “là vi sinh vật sống, đƣợc đƣa vào lƣợng thích hợp, mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ” Định nghĩa FAO/WHO (2001) khái quát đƣợc đặc điểm probiotic, theo probiotic “VSV sống đƣợc đƣa vào với số lƣợng hợp lý đem lại lợi ích cho sức khỏe vật chủ” [66] Nhƣ vậy, điểm probiotic là: - Những sản phẩm gồm có VSV sống có mặt thể gây tác động có lợi cho vật chủ - Cần đƣợc đƣa vào với lƣợng phù hợp để mang lại tác động mong muốn Các VSV có tính chất nhƣ probiotic có mặt đời sống, thực phẩm hàng ngày, đƣợc đƣa bổ sung vào thể thông qua đƣờng ăn uống sản phẩm ăn sống có chứa chúng nhƣ sữa chua, nem, tôm chua, dƣa cải… 1.1.2 Tác dụng probiotic Probiotic khơng có lợi cho ngƣời mà cịn đƣợc ứng dụng ni trồng thủy sản, sử dụng chăn nuôi gia súc, việc xử lý môi trƣờng 1.1.2.1 Giảm nguy tiêu chảy, rối loạn tiêu hóa Trên giới năm thƣờng có vài triệu ngƣời chết tiêu chảy, thƣờng tập trung chủ yếu trẻ em nƣớc phát triển Có khoảng 30% dân số nƣớc phát triển bị tiêu chảy thực phẩm (FAO/WHO, 2001) [66] Probiotic làm giảm đƣợc nguy tiêu chảy có khả ức chế VK gây bệnh đƣờng ruột, cạnh tranh chỗ trú đóng với VK gây bệnh cách cản chúng bám dính vào thành ruột, tiết enzyme hỗ trợ q trình tiêu hóa nên làm giảm nguy triệu chứng rối loạn tiêu hóa, tiêu chảy (FAO/WHO, 2001; Parvez1 cs, 2006; Lee Salminen, 2009) [66],[81],[103] 4 1.1.2.2 Giảm nguy nhiểm Helicobacter pylori Helicobacter pylori loại VK gram âm gây viêm dày, dẫn đến loét ung thƣ dày Các thí nghiệm in vitro thử nghiệm động vật xác minh VK lactic ngăn chặn phát triển mầm bệnh làm giảm hoạt tính enzyme urease, enzyme cần cho Helicobacter pylori để thích nghi với điều kiện axit dày (FAO/WHO, 2001) [66] Kabir cs (1997) chứng minh đƣợc L salivarius có khả ức chế Helicobacter pylori [76] Michetti cs (1999) phát chủng L johnsonii La1 có khả ức chế Helicobacter pylori ngƣời [93] 1.1.2.3 Ngăn ngừa ung thư Probiotic làm giảm nguy ung thƣ (FAO/WHO, 2001; Saikali cs, 2004; Parvez1 cs, 2006; Lee Salminen, 2009) [66],[103],[81],[108] Một số vi khuẩn đƣờng ruột tạo chất gây ung thƣ (carcinogen) nhƣ nitrosamine, có mặt probiotic gây ức chế tăng trƣởng VK làm giảm đƣợc khả ung thƣ (FAO/WHO, 2001) [66] Nhóm Saikali cs (2004) nhóm Mongkol cs (2009) phát sữa lên men sống có chứa probiotic giảm nguy ung thƣ ruột kết (colon cancer) [94],[108] Theo nghiên cứu Yu Li (2016) ứng dụng lâm sàng chế phẩm sinh học cho thấy chủng probiotic làm giảm tỷ lệ viêm sau phẫu thuật bệnh nhân ung thƣ nghiên cứu kết luận sản phẩm probiotic đƣợc sử dụng an toàn giúp cải thiện sức khỏe vật chủ, số chủng probiotic cịn đƣợc sử dụng để hỗ trợ ngăn ngừa điều trị ung thƣ [124] Các nghiên cứu dịng tế bào nhƣ mơ hình động vật thể ngƣời Motevaseli cs (2017) cho thấy probiotic có tác dụng làm giảm xâm lấn di tế bào ung thƣ [95] 1.1.2.4 Ổn định hệ vi sinh vật đường niệu - sinh dục Chi Lactobacillus có vai trị quan trọng việc chống lại cân nhiễm trùng đƣờng sinh dục niệu đạo Do có khả sinh axit lactic làm giảm pH âm đạo sinh số chất kháng khuẩn khác nên chúng ức chế số VSV gây nhiễm trùng đƣờng âm đạo (FAO/WHO, 2001) [66] 1.1.2.5 Kích thích hệ miễn dịch tự nhiên Bên cạnh chức ức chế VK gây bệnh đƣờng ruột ổn định hệ VSV đƣờng ruột, VK probiotic cịn có khả kích thích miễn dịch Hệ thống miễn dịch tự nhiên thể có tế bào đại thực bào (Macrophage), tế bào trung tính (neutrophil), tế bào giết tự nhiên (natural killer-NK, gồm có tế bào T gamma T delta) Chúng hàng rào bảo vệ thể cách tiêu diệt tế bào lạ xâm nhập trình diện kháng nguyên Sự xâm nhập VK lactic khơng gây bệnh cho thể nhƣng lại kích thích hoạt động tế bào này, từ tăng cƣờng đƣợc hoạt động miễn dịch Sự có mặt VK lactic cịn kích thích sản xuất kháng thể IgA (FAO/WHO, 2001) [66] 1.1.2.6 Chức dinh dưỡng hỗ trợ tiêu hóa VK lactic đƣờng ruột tạo số vitamin nhƣ thiamine, nicotin, folic acid, pyridoxin, Vitamin B12, …; tạo enzyme có lợi nhƣ lactase; giải phóng amino axit tự do, axit béo mạch ngắn (Lee Salminen, 2009) [81] Ngồi ra, có mặt VK lactic sản phẩm lên men làm tăng giá trị dinh dƣỡng chúng Các sản phẩm nhƣ sữa chua, thịt lên men chua (nem, xúc xích…) dễ tiêu kích thích đƣợc vị giác, tạo cảm giác ngon miệng Đối với ngƣời thƣờng bị chứng không dung nạp lactose (lactose intolerant) enzyme lactase VK lactic giúp họ tiêu hóa đƣờng dễ dàng 1.1.2.7 Giảm hấp thu cholesterol lượng cholesterol huyết Hàm lƣợng cholesterol huyết ảnh hƣởng lớn đến bệnh tim mạch Nếu hàm lƣợng cao so với mức bình thƣờng ngƣời bệnh có nhiều nguy mắc bệnh tim mạch béo phì Việc sử dụng sản phẩm probiotic có khả làm giảm hàm lƣợng cholesterol máu (Liong Shah, 2005; Parvez1 cs, 2006; Lee Salminen, 2009) [81],[84],[103] Liong Shah (2005) thử nghiệm in vitro nhận thấy có liên kết cholesterol tế bào số chủng Lactobacillus, gây loại bỏ cholesterol [84] 1.2 TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC 1.2.1 Khái niệm vi khuẩn lactic VK lactic VK tạo sản phẩm chủ yếu axit lactic trình lên men carbonhydrate (Dũng Nguyễn Lân, 1983; Prescott cs, 2002) [3],[104] Là VK gram dƣơng, bất động, không sinh bào tử, catalase oxydase âm tính Khả sinh tổng hợp hợp chất cần cho sống yếu, nên chúng VSV đa khuyết dƣỡng nhiều amino acid, nhiều loại vitamin…, khơng có khả tổng hợp nhân hem porphyrine, chúng khơng có cytochrome Nhiều lồi chúng VK kỵ khí tùy nghi, vi hiếu khí có khả tồn hiếu khí nhƣ kỵ khí Chi Lactobacillus chi lớn nhóm VK lactic, gồm khoảng 80 lồi với mức độ khác nhiều hình thái, đặc điểm sinh hóa sinh lý Sự khơng đồng thể khoảng tỉ lệ mol G+C rộng, từ 32-55% (Prescott cs, 2002) [104] Tuy nhiên, chúng đƣợc chấp nhận chi thống theo định nghĩa chi, VK lactic hình que 6 Theo Abbaszadeh cs (2015), VK lactic nhƣ L acidophilus, L rhamnosus, L casei, L paracasei Bifidobacterium bifidum có khả ức chế phát triển số loại nấm gây hại thông thƣờng nhƣ A niger, A flavus, A parasiticus P chrysogenum [39] Arasu cs (2016) nghiên cứu tiềm probiotic VK lactic L plantarum thu hút đƣợc nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng rộng rãi lĩnh vực y tế nhƣ khả chống viêm, chống oxy hóa, chống ung thƣ chống béo phì [45] Nghiên cứu Veron cs (2017) cho thấy 17 chủng VK lactic đƣợc phân lập từ loại trái O ficus-indica mọc vùng khơ cằn từ Argentina có tiềm probiotic Các đặc tính probiotic đƣợc kiểm tra có khả chống chịu đƣờng tiêu hóa, tính chất bề mặt tế bào hoạt tính kháng khuẩn [122] Bên cạnh chúng ảnh hƣởng đến tính chất nƣớc ép lên men Theo nghiên cứu Sandes (2017), bê sinh dễ bị số VSV gây bệnh niêm mạc Vì sử dụng VK lactic có tính chất probiotic làm thực phẩm bổ sung chăn nuôi giúp cải thiện sức khỏe, tăng hiệu suất sinh sản vật nuôi giảm nguy nhiễm trùng niêm mạc [110] Nghiên cứu Abushelaibi cs (2017) xác định tính chất probiotic lên men chủng VK lactic phân lập từ sữa lạc đà Cơng trình nghiên cứu tính chất LAB sinh lý, khả tự kết dính, đồng kết dính, tính kỵ nƣớc, chịu acid muối mật, loại bỏ cholesterol, sinh tổng hợp exopolysaccharide khả sinh kháng sinh Sự biến đổi yếu tố trình lên men nhƣ phát triển tế bào, biến đổi pH, thủy phân protein đƣợc nghiên cứu cơng trình [40] 1.2.2 Ứng dụng vi khuẩn lactic VK lactic có khả lên men đƣờng tạo axit lactic mơi trƣờng kỵ khí làm cho pH giảm xuống dƣới 5, ức chế đƣợc VSV khác Vì vậy, chúng đƣợc ứng dụng bảo quản thực phẩm, chế biến thức ăn gia súc, chế biến sữa, sản phẩm thực phẩm len men lactic lên men thu nhận axit lactic quy mô công nghiệp 1.2.2.1 Sản xuất axit lactic Trong công nghiệp nhẹ, axit lactic dung môi cho công nghiệp sản xuất sơn, vecni, nhuộm thuộc da Nguyên liệu dùng để sản xuất axit lactic rỉ mật, đƣờng, tinh bột đƣợc đƣờng hoá Nồng độ đƣờng sử dụng cho trình lên men lactic từ 8% đến 20% Ngồi cịn sử dụng số thức ăn bổ sung chứa đạm hữu loại chất sinh trƣởng (nhƣ mầm đại mạch, cám, cao ngô…) Khả sinh axit lactic khác tùy theo chủng Trong sản xuất cơng nghiệp axit lactic có lồi lên men đồng hình có giá trị Hƣớng nghiên cứu việc sản xuất axit lactic thông qua lên men lactic tuyển chọn dòng sinh axit lactic cao (Kaloyan cs, 2008; Cock Stouvenel, 2006) [63], [77] tối ƣu hóa khả lên men lactic, lên men lactic với nguồn nguyên liệu rẻ tiền (Ohkouchi Inoue, 2006) [99] gây biến đổi di truyền để thu đƣợc chủng sản xuất cao 1.2.2.2 Bảo quản chế biến thực phẩm Nhờ khả sinh axit lactic làm hạ pH môi trƣờng sinh số chất kháng khuẩn khác nhƣ H2O2, bacteriocin nên VK lactic ức chế VK làm hỏng thực phẩm (Cho Hyung Ki Do, 2006; Ljubisa, 2006) [60],[87] Mặt khác trình lên men lactic làm tăng hƣơng vị giá trị dinh dƣỡng thực phẩm Các loại thực phẩm lên men lactic thƣờng gặp nhƣ sữa chua, loại thịt, hải sản lên men, rau nƣớc ép muối chua Thông thƣờng để ức chế phát triển VK gây thối từ đầu tạo điều kiện cho VK lactic phát triển, ngƣời ta thƣờng bổ sung nguyên liệu lƣợng NaCl khoảng 3-5% Ở Việt Nam có nhiều sản phẩm loại nhƣ tơm chua, nem chua, rau muối chua … Đặc biệt, ngành cơng nghiệp sữa, VK lactic có vai trị quan trọng Chúng tác nhân q trình sản xuất sản phẩm sữa lên men có giá trị dinh dƣỡng cao, dễ bảo quản Hai chủng S thermophilus L delbrueckii subsp bulgaricus đƣợc dùng để sản xuất sữa chua số loại phomat Lactococcus lastic đƣợc dùng sản xuất phomat Một số chủng Leuconostoc có liên quan đến q trình chín q trình lên men ban đầu sữa chua phomat (Prescott cs, 2002; Axelsson, 2004) [49],[104] Ngồi cịn có số nghiên cứu tuyển chọn chủng VK lactic để sản xuất sữa chua thông thƣờng sữa chua từ đậu nành (Park Oh, 2007) [102] 1.2.2.3 Ủ chua thức ăn gia súc Đây phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến trang trại chăn nuôi Thức ăn ủ giảm đƣợc tổn thất giá trị dinh dƣỡng mà bổ sung nhiều loại vitamin VSV tổng hợp Phƣơng pháp dựa vào chuyển hóa đƣờng có sẵn nguyên liệu VK lactic Nguyên liệu đƣợc ủ thành đống, chất vào hố sâu đất Các VSV có sẵn nguyên liệu phát triển dần lên Đầu tiên nhóm VK hiếu khí phát triển mạnh sử dụng hết lƣợng oxy có đống nguyên liệu, làm tiêu thụ phần thức ăn dễ tiêu phân giải protein nguyên liệu Kết tạo điều kiện cho VK lactic phát triển, làm tích lũy dần axit lactic Bên cạnh đó, VK lactic cịn ứng dụng tách chiết carotenoids Theo nghiên cứu (Armenta & cộng sự, 2002) lên men lactic để chiết xuất carotenoids tự nhiên từ lớp vỏ cứng phƣơng pháp đơn giản thân thiện với môi trƣờng để đạt đƣợc hiệu cao [47] 1.2.3 Lactobacillus fermentum L fermentum thuộc nhóm VK lactic, tế bào có dạng hình que, kỵ khí tùy ý, Gram dƣơng (Hình 1.1) Thƣờng đƣợc phân lập tự nội đƣờng ruột sản phẩm lên men từ sữa, bột bánh mì, nguyên liệu thực vật lên men VK phát triển tốt môi trƣờng acid pH 5,5-6,2, chúng tồn đƣợc pH dƣới nên ức chế hoạt động VK gây thối Hình 1.1 Vi khuẩn Lactobacillus fermentum [130] Nhiệt độ phát triển tối ƣu từ 30 - 40oC, phù hợp với thân nhiệt thể ngƣời Lƣợng axit lactic sinh vừa có tác dụng hồn thiện hƣơng vị đồng thời có tác dụng bảo quản cho sản phẩm Bên cạnh đó, VK lactic có tiềm probiotic lớn, có chức probiotic có nhiều tác động có lợi cho sức khỏe ngƣời nhƣ động vật Hơn nữa, VK lactic đƣờng ruột tạo số vitamin nhƣ thiamine, nicotin, folic acid, pyridoxin, vitamin B12 … tạo enzyme có lợi nhƣ lactase, giải phóng amino acid tự do, axit béo mạch ngắn (Lee Salminen, 2009; Parvez1 cs, 2006) [81],[103] Ngồi L fermentum cịn có khả chống chịu dịch dày, dịch ruột non, kháng VSV gây bệnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, tăng khả kháng oxy hóa (Gotteland cs, 2006; Garcia cs, 2009; Garcia cs, 2012) [67],[68],[69]  ... THANH NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƢƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm. .. dịch carotenoprotein vào chất mang đến hoạt độ protease, hàm lƣợng astaxanthin độ ẩm chế phẩm 56 3.6 THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM... carotenoprotein từ phế liệu tôm? ?? Mục tiêu đề tài Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ PLT có khả ứng dụng chăn ni quy mơ phịng thí nghiệm làm tiền đề cho nghiên cứu