prebiotic trong các sản phẩm sữa

prebiotic

Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PREBIOTIC 3 1.1.Khái niệm prebiotic 3 1.1.1.Định nghĩa 3 1.1.2.Tiêu chuẩn đánh giá 3 1.1.3.Các loại prebiotic 4 1.1.4.Đặc tính hóa học của prebiotic .5 1.2.Ảnh hưởng của prebiotic đến hệ tiêu hóa 5 1.3.Những tính chất có lợi của prebiotic 7 1.3.1.Tính chất có lợi của prebiotic đối với công nghệ thực phẩm .7 1.3.2.Tác dụng của prebiotic đối với sức khỏe con người .8 1.4.Phương pháp sản xuất prebiotic .9 CHƯƠNG 2: CÁC PREBIOTIC ĐƯỢC BỔ SUNG TRONG CÁC SẢN PHẨM SỮA 11 2.1.Galactooligosaccharide (GOS) .11 2.1.1.Giới thiệu về GOS 11 2.1.2.Kỹ thuật sản xuất GOS .11 2.1.2.1.Emzyme tổng hợp GOS .12 2.1.2.2.Quy trình sản xuất GOS .16 2.1.3.Các đặc tính công nghệ của GOS .17 2.2.Fuructooligosaccharide (FOS) 18 2.2.1.Giới thiệu về FOS .18 2.2.2.Kỹ thuật sản xuất FOS 20 2.2.2.1.Phương pháp chiết tách và thủy phân 20 2.2.2.2.Phương pháp tổng hợp (fructosyl hóa) 21 2.2.3.Các đặc tính công nghệ của FOS 22 2.3.Bổ sung FOS, GOS trong các sản phẩm sữa 23 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT SẢN PHẨM SỮA CHỨA GOS 25 3.1.Nghiên cứu sản xuất sữa tươi giàu GOS và ít lactose [8] 25 3.2.Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm phô mai giàu GOS và ít lactose [23] .26 3.2.1.Sản xuất phô mai cottage giàu GOS và ít lactose .26 3.2.2.Phô mai cream giàu GOS và ít lactose .28 3.2.3.Các quá trình của một quy trình sản xuất phô mai giàu GOS và ít lactose 31 KẾT LUẬN .34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 TIẾNG VIỆT .35 INTERNET 35 SVTH : Võ Thị Tố Hoa 1 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khi điều kiện sống của con người ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng thực phẩm tốt cho sức khỏe ngày càng tăng và đang từng bước chuyển dần từ loại có chứa các chất dinh dưỡng cho cơ thể cũng như tác dụng ngăn ngừa hay chữa bệnh. Một trong những xu hướng thực phẩm hướng tới trong tương lai là những thực phẩm chức năng, sữa mang lại nhiều lợi ích cho con người, mang bản chất tự nhiên là chính, kích thích sự phát triển của chính cơ thể người sử dụng, đặc biệt là hệ vi sinh vật có ích cho cơ thể chính người sử dụng. Hệ tiêu hóa của chúng ta chứa thường trực trên 400 loại vi khuẩn khác nhau với tổng số trên 100 000 tỉ vi khuẩn. Đây là những vi khuẩn có ích cho cơ thể. Chúng tạo thành hệ vi sinh đường ruột. Đây là những vi khuẩn đồng minh của cơ thể chúng ta, chúng đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe của mỗi người. Từ những nghiên cứu về lợi ích của những vi khuẩn lên men trong thực phẩm như sữa, sữa chua đối với sức khỏe con người, dòng sản phẩm bổ sung vi khuẩn sống hay cơ chất cho khuẩn sống prebiotic ra đời, chúng là những chất bột đường glucide không tiêu hóa được và vẫn còn nguyên vẹn khi vào đến ruột già (colon). Prebiotic được đánh giá là có nhiều tác dụng bổ dưỡng cho người tiêu dùng ở mọi lứa tuổi và một số người bị bệnh đường tiêu hóa…. chúng kích thích sự hoạt động của probiotics đặc biệt là nhóm Bifidobacterium. Prebiotic giúp vào việc cải thiện hệ miễn dịch, giúp hấp thụ chất calcium, và có thể làm giảm nguy cơ xuất hiện của một vài loại cancer nữa Đây là một trong những xu hướng phát triển mới của ngành công nghệ thực phẩm. Phát triển những những sản phẩm bỗ dưỡng cho sức khỏe người tiêu dùng. SVTH : Võ Thị Tố Hoa 2 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PREBIOTIC 1.1. Khái niệm prebiotic 1.1.1. Định nghĩa Prebiotic là thành phần thực phẩm không tiêu hóa được, có ảnh hưởng tích cực tới cơ thể vật chủ bằng cách kích thích có chọn lọc lên sự phát triển và tăng cường hoạt động của một số loài vi sinh vật có lợi trong ruột và nâng cao sức khỏe của cơ thể (vật chủ) [9]. Oligosaccharides trong sữa mẹ được xem như là prebiotic vì nó hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn Bifidobacteria và Lactobacilli trong ruột già của những trẻ bú mẹ hoàn toàn [12]. Các prebiotic thường được sử dụng là FOS,GOS và Inulin. Người ta thường kết hợp probiotic với prebiotic (được gọi là synbiotic) để tăng tác dụng có ích của probiotic đối với cơ thể. 1.1.2. Tiêu chuẩn đánh giá Dựa theo định nghĩa của prebiotic, một thành phần thực phẩm được xem là một prebiotic phải hội đủ 3 yếu tố sau [4]:  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 [7, 11].  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.  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/hoặc hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật có lợi tron đường ruột của vật chủ [ 11]. Điều này có nghĩa là prebiotic không được lên men bởi vi khuẩn trong miệng, SVTH : Võ Thị Tố Hoa 3 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương bởi các vi khuẩn có hại trong đường ruột nhưng được lên men tốt bởi vi khuẩn có lợi . Trong ba tiêu chuẩn đánh giá ở trên, tính chọn lọc là tiêu chuẩn quan trọng nhất và khó đánh giá nhất [11]. 1.1.3. Các loại prebiotic Có thể phân loại các prebiotic theo 2 cách: phân loại theo độ dài mạch cacbon (bảng 1.1) phân loại theo nguyên liệu sản xuất (bảng 1.2) Bảng 1.1.Phân loại theo độ dài mạch cacbon [14] Độ dài mạch cacbon Ví dụ Disaccharide (bao gồm polyol) Lactulose, lactitol, mannitol, sorbitol, xylitol Oligosaccharide Fructooligosaccharide (FOS), trans-galactooligosaccharide (GOS), oligosaccharide đậu nành (raffinose và starchyose), gluco-oligosaccharide, gentiooligosaccharide, lactosucrose, glucooligosaccharide, pectic-oligosaccharide Polysaccharide Inulin, tinh bột bền Bảng 1.2. Phân loại prebiotic theo nguyên liệu sản xuất[4, 11, 17] Nguyên liệu sản xuất Ví dụ Cấu trúc Tinh bột Isomaltooligosaccharide (IMO) Gentio-oligosaccharides. Guα1→(6Gu) n , n=1 – 4 Guβ1→(6Gu) n Sucrose Fructooligosaccharides Glucooligosaccharides Raffinose Starchyose Frβ2→(1Fu) n ,n=2 – 5 Guα1→6Gu Gaα1→6Guα1↔2βFr (Gaα1) 2 →6Guα1↔2βFr Gaβ1→4Fr Xylan Agar Mannan Chitin/chitosan Pectin Xylo-oligosaccharides (XOS) Agaro-oligosaccharide Manno- oligosaccharide Chitin/chitosan-oligosaccharides Pectic-oligosaccharides Xyβ1→(4Xy) n -(3Ga1β1→4AhGa1α1) n - Maβ1→(4Ma)n *Gu: glucose, Ga: galactose, Fr: Fructose, Xy: Xylose, Ma: Mannose SVTH : Võ Thị Tố Hoa 4 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương 1.1.4. Đặc tính hóa học của prebiotic Thành phần đường đơn: Các prebiotic đã xác định 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 đánh giá khả năng prebiotic của chúng [4]. 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 mem chọn lọc của một prebiotic [23]. 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 [17]) 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 rất yếu. 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[18]. Vì vậy, người ta cho rằng oligosaccharide có mạch càng dài thì quá trình lên men diễn ra càng chậm và do đó, tác dụng prebiotic sẽ được thể hiện lâu hơn trong toàn bộ ruột già[19]. Nếu quá trình chuyển hóa saccharide có thể diễn ra trong toàn bộ chiều dài ruột già thì sẽ có lợi. 1.2. Ảnh hưởng của prebiotic đến hệ tiêu hóa  Tích cực: Tái tạo sự cân bằng của hệ vi khuẩn đường ruột (chống lại các vi khuẩn gây bệnh): các vi khuẩn hữu ích sống trong đường ruột như Bifidobacteria và Lactobacilli có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh như Escherichia coli, Camplylobacter và Salmonella spp. Nghiên cứu cho thấy thức ăn trẻ sơ sinh có bổ sung Galacto-oligosaccharide (GOS) và Fructo-oligosaccharide (FOS) làm tăng vi khuẩn Bifidobacteria trong phân. Mặt khác, prebiotic đóng vai trò như một cái bẫy đối với vi khuẩn gây hại. Nhiều vi khuẩn gây hại có cơ chế sử dụng thụ thể (receptor) oligosaccharide trong ruột để liên kết với bề mặt niêm mạc ruột và gây nên các bệnh về dạ dày. Các prebiotic có thể mô phỏng các thụ thể ở ruột và do đó, các vi khuẩn gây hại sẽ liên kết với prebiotic thay vì niêm mạc ruột. Điều này giải thích tại sao trẻ bú sữa mẹ thường ít bị tiêu chảy hơn so với trẻ bú sữa bột. Trong sữa mẹ có chứa tới 130 loại oligosaccharide khác nhau. SVTH : Võ Thị Tố Hoa 5 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương Giảm khả năng ung thư ruột kết (Colorectal cancer-CRC): nghiên cứu chế độ ăn uống của động vật thí nghiệm có bổ sung inulin hoặc oligofrutose cho thấy các khối u giảm. Tuy nhiên, cơ chế chính xác tại sao các prebiotic này có thể giảm các khối u vẫn còn chưa rõ. Giảm cholesterol trong máu: prebiotic có thể gián tiếp ảnh hưởng đến mức cholesterol trong máu bằng cách thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn axit lactic. Vi khuẩn này có thể làm giảm mật độ cholesterol trong máu. Ngoài ra nghiên cứu trên chuột cho thấy những con chuột tiêu thụ FOS có mức cholesterol thấp hơn so với những con đối chứng. Tăng cường hấp thu khoáng chất: một số nghiên cứu trong động vật cho thấy prebiotic giúp tăng hấp thu canxi tại ruột kết. Ở chuột, FOS tăng cường hấp thụ canxi, magie, sắt, đồng và kích thích các vi khuẩn thủy phân axit phytic giúp nâng cao sự hấp thụ khoáng chất. Với GOS quá trình hấp thu khoáng chất cũng tăng lên. Cải thiện bệnh viêm ruột (Inflammatory Bowel Disease-IBD): chuột có chế độ ăn gồm oligosaccharide chiết xuất từ sữa dê có những cải thiện về triệu chứng bệnh so với chuột đối chứng. Inulin và oligofructose cũng được báo cáo là hiệu quả trong điều trị IBD. Giảm dị ứng: phản ứng dị ứng lần đầu tiên trong đời thường biểu hiện dưới hình thức viêm phong da (Atopic Dermatitis) ở trẻ sơ sinh. Trẻ sơ sinh đã phát triển viêm phong da thường có nguy cơ cao bị dị ứng sau này. Prebiotic có hiệu quả tích cực làm giảm sự phát triển của viêm phong da ở trẻ sơ sinh[14].  Tiêu cực: Prebiotic chỉ tác động tích cực khi cơ thể đã có sẵn các vi sinh vật hữu ích, bản thân prebiotic không sản sinh ra các vi sinh vật này. Các mặt han chế của prebiotic như sau: • Tiêu thụ một lượng lớn (>20g) inulin mỗi ngày có thể gây tình trạng nhuận tràng. Những người tham gia thử nghiệm sử dụng prebiotic đi vệ sinh thường xuyên hơn và phân nhiều hơn. • Các loại đường có nguồn gốc từ FOS có thể kích thích sự tăng trưởng của vi khuẩn Klebsiella là một vi khuẩn gây bệnh ở đường ruột. SVTH : Võ Thị Tố Hoa 6 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương • Tiêu thụ prebiotic làm tăng vi khuẩn tạo khí gas trong hệ tiêu hóa, do đó các sản phẩm mới phát triển gần đây thường hướng tới việc đẩy mạnh sự phát triển của vi khuẩn không tạo khí. • Prebiotic có tác dụng khác nhau lên các đối tượng khác nhau. Ví dụ: FOS không ảnh hưởng đến sự hấp thu canxi ở thanh niên nhưng lại kích thích sự hấp thu này ở thiếu niên. • Đa số các sản phẩm có chứa prebiotic trên thị trường là sản phẩm sữa bao gồm sữa bột, sữa nước, sữa chua uống. Prebiotic còn hiện diện trong bánh kẹo, nước chấm, thức ăn dặm, súp… Ngoài ra, một số loại dược phẩm trên thị trường cũng có chứa prebiotic như Smecphap, Lacclean Gold Lab, men vi sinh Supbikiz… Prebiotic có ích cho sức khỏe nhưng không phải chất thiếu yếu nên không có khái niệm “thiếu prebiotic” trong cơ thể. Lưu ý, nếu dùng quá nhiều prebiotic có thể gây ra tiêu chảy. Chế độ ăn bình thường với đầy đủ chất dinh dưỡng đảm bảo cơ thể được cung cấp đầy đủ prebiotic[14]. 1.3. Những tính chất có lợi của prebiotic 1.3.1. 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 loại thực phẩm có thể kết hợp được với prebiotic hiên nay 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,…[4, 12]. Giá trị calorie thấp: prebiotic khi được tiêu thụ sẽ cung cấp năng lượng bằng khoảng 40 – 50% so với carbohydrate tiêu hóa được, tức khoảng 1 – 2Kcal/g [17]. Các đặc tính công nghệ: prebiotic cũng được ứng dụng tương tự với các đặc tính công nghệ sau vì prebiotic có bản chất là di- hay oligo-saccharide: − Vị: độ ngọt giảm do kích thước phân tử tăng. − Cảm giác ở miệng: oligosaccharide có kích thước lớn có thể ứng dụng là chất thay thế chất béo. − Độ nhớt: độ nhớt tăng theo độ tăng của kích thước phân tử. SVTH : Võ Thị Tố Hoa 7 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương − Độ tan: độ tan giảm theo độ tăng của khối lượng phân tử. − Tính hút ẩm: oligosaccharide có thể được dùng để kiểm soát độ ẩm trong thực phẩm. − Phản ứng màu: phản ứng màu giảm do khối lượng phân tử tăng (phản ứng Maillard giảm trong thực phẩm được xử lý nhiệt). − Điểm đóng băng: điểm đóng băng càng giảm khi khối lượng phân tử tăng. − Thủy phân oligosaccharide trong điều kiện acid không liên quan đến khối lượng phân tử mà phụ thuộc vào liên kết hóa học[4, 12]. 1.3.2. Tác dụng của prebiotic đối với sức khỏe con người Nhiều nghiên cứu in vitro trên động vật và con người đã đưa ra kết luận prebiotic tác động lên thành phần hệ sinh vật đường ruột[15], 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 [4, 5]. − Cải thiện khả năng tiêu hóa và hấp thu: quá trình vi khuẩn có lợi lên men prebiotic sinh ra các chất dinh dưỡng cho niêm mạc như SCFA, polyamine[6, 7]. 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 [6]. − Chống viêm nhiễm vi sinh vật: các vi sinh vật có hại có thể gây ra viêm ruột cấp và mãn tính. Vi khuẩn gây bệnh vừa có thể xâm nhập 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[11]. Prebiotic có khả năng cải thiện tính kháng vi khuẩn gây hại bằng cách làm tăng số lượng Bifidobarteria và Lactobacilli [7]. − 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[4, 7]. − Kiểm soát lipit trong máu: Prebiotic có thể điều chỉnh hàm lượng lipit có trong máu hay làm giảm cholesterol và triglyceride trong máu [4]. − Ngăn ngừa ung thư đại tràng: Prebiotic làm giảm số lượng các vi khuẩn gây hại, tăng vi khuẩn có lợi[3, 7]; khử độc các chất gây ung thư được ăn vào[17]; SVTH : Võ Thị Tố Hoa 8 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương sinh ra các chất SCFA có tác dụng phòng chống ung thư hiệu qủa; kích thích hệ miễn dịch chống lại tốt hơn sự sinh sôi của tế bào ung thư[9]. − Chứng táo bón: Prebiotic kích thích sự phát triển của vi khuẩn nên sinh khối của vi khuẩn tăng và khối lượng phân tăng theo. Prebiotic và các 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[3, 7]. 1.4. Phương pháp sản xuất prebiotic Hiện nay, có 3 phương pháp chính để sản xuất prebiotic [4, 8, 11, 12]:  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.  Phương pháp hóa học: Chuyển hóa có xúc tác từ carbohydrate: • Lactulose từ quá trình đồng phân hóa lactose trong môi trường kiềm. • Lactiol từ quá trình hydro hóa lactose. • Agaro-oligosaccharide từ thủy phân bằng acid hydrochloric, acid citric.  Phương pháp enzyme: Thủy phân có kiểm soát polysaccharide tự nhiên, có thể thêm quá trình sắc kí để tinh sạch prebiotic: • FOS từ inulin (enzyme inulinase). • XOS từ arabinoxylan (xylan lõi ngô, enzyme xylanase). • Pectic-oligosaccharide từ pectin (pectin đậu nành, enzyme endo- 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[19]: • GOS từ lactose (β-galactosidase). SVTH : Võ Thị Tố Hoa 9 Đồ án công nghệ thực phẩm 1 GVHD: Ngô Thị Minh Phương • ScFOS từ sucrose (β-fructosyltransferase) hoặc fructose. • Lactosucrose từ lactose và sucrose (β-fructo-furanosidase). • Gluco-oligosaccharide từ sucrose (enzyme dextran sucrase)[2, 20]. Quá trình chiết xuất hóa học oligosaccharide từ thực phẩm có thể làm cho sản phẩm có màu hay hương vị không mong muốn. SVTH : Võ Thị Tố Hoa 10 . niên. • Đa số các sản phẩm có chứa prebiotic trên thị trường là sản phẩm sữa bao gồm sữa bột, sữa nước, sữa chua uống. Prebiotic còn hiện diện trong bánh. 2: CÁC PREBIOTIC ĐƯỢC BỔ SUNG TRONG CÁC SẢN PHẨM SỮA 2.1. Galactooligosaccharide (GOS) 2.1.1. Giới thiệu về GOS Galactooligosaccharide là prebiotic có trong