[r]
(1)Nâng cao khả năng sống Lactobacillus casei vi gói kỹ thuật sấy phun với hỗn hợp prebiotic
Liêu MỹĐông(1) Bùi Văn Hoài(2)
Nguyễn Thuý Hương(3)
1Khoa Công nghệ thực phẩm, Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp Hồ Chí Minh 2Trung tâm thí nghiệm thực hành, Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm Tp Hồ Chí Minh 3Bộ mơn Cơng nghệ Sinh học, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM
(Bản nhận ngày 18 tháng 11 năm 2014, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 23 tháng năm 2015)
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng prebiotic Galactooligosaccharide (GOS) (0% 2% w/v) lên khả năng sống sót L.casei (AS186) vi gói whey protein 10% (w/v) maltodextrin 5% (w/v) kỹ thuật sấy phun khảo sát Chế phẩm kiểm tra kích thước, cấu trúc bề mặt như mật độ L.casei suốt 50 ngày bảo quản ở 10oC điều kiện dày (SGF) muối mật (SIF) Kết nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung thêm GOS khơng ảnh hưởng đến kích thước cấu trúc bề mặt chế phẩm Cả hai chế phẩm khơng bổ sung (WM) có bổ sung GOS
(WMG) có kích thước vào khoảng µm
đến 11 µm Khơng có khác biệt tỉ
lệ sống sót L.casei hai mẫu WMG WM Tỉ lệ L.casei sống sót sau sấy đạt
86,78% 86,14% tương ứng với hai mẫu WMG WM Mật độ L.casei sau 50 ngày bảo quản giảm 0,44 0,63 log(CFU/g) tương ứng với chế phẩm WMG WM Cả
hai chế phẩm đạt mật độ L.casei log(CFU/g) sau giờủtrong điều kiện SGF và SIF Chế phẩm vi gói kỹ
thuật sấy phun với whey protein 10% (w/v) và maltodextrin 5% (w/v) chất mang cho hiệu bảo vệ L.casei cao,
maltodextrin vừa hỗ trợ cho q trình sấy, vừa thể đầy đủ vai trò prebiotic nên việc bổ sung thêm prebiotic (GOS) không cần thiết
(2)1 GIỚI THIỆU
Các thử nghiệm lâm sàng chứng minh rằng, sựgia tăng sốlượng vi khuẩn probiotic ruột giúp tăng cường lành mạnh ruột chống lại bệnh tật [1] Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy sốlượng probiotic đến vi trí mà mang lại lợi ích thường thấp [2] Những tác nhân gây nên sụt giảm đáng kể sốlượng probiotic bao gồm: pH thấp, diện oxy sản phẩm, nhiệt độ bảo quản… điều kiện cực đoan hệ tiêu hóa [3,4,2] Kỹ thuật vi gói đời nhằm tăng cường khảnăng sống sót probiotic điều kiện bất lợi [5,4,6,2]
Các kỹ thuật vi gói thường sử dụng vi gói probiotic bao gồm kỹ thuật nén đùn, kỹ thuật nhũ hóa… kỹ thuật sấy phun [4,2] Kỹ thuật nén đùn phương thức tạo chế phẩm vi gói đơn giản Tuy nhiên, kích thước lớn chế phẩm thu từ kỹ thuật ảnh hưởng đến cảm quan sản phẩm [2] Kỹ thuật nhũ hóa cho kích thước chế phẩm nhỏhơn tiềm ứng dụng sản xuất lớn Với phương pháp này, kích thước chế phẩm cịn lớn, gây ảnh hưởng đến cảm quan [4] Ngồi ra, chế phẩm vi gói từ kỹ thuật nhũ hóa có giá thành cao kỹ thuật nén đùn tiêu tốn dầu trình tạo chế phẩm [7] Kỹ thuật sấy phun với ưu điểm cho chế phẩm kích thước nhỏ, khơng ảnh hưởng đến cảm quan, hiệu kinh tế có thểứng dụng quy mơ lớn [4,2] Tuy nhiên, điểm yếu kỹ thuật sấy phun tỉ lệ sống thấp khơng ổn định q trình bảo quản, khơng hiệu việc bảo vệprobiotic điều kiện dày nhân tạo [8] Nghiên cứu Ding cộng (2009) cho thấy, chất mang dùng để vi gói có vai trò quan trọng việc bảo vệ vi khuẩn probiotic
và dạdày [5] Do đó, việc lựa chọn chất mang cần thiết để bảo toàn hoạt tính probiotic
Maltodextrin sản phẩm thủy phân tinh bột có đặc tính prebiotic thường sử dụng sấy phun với vai trị chất mang với đặc điểm chống bám dính vào thành thiết bị trình sấy [9] Trong whey protein sản phẩm phụ cơng nghiệp, chế phẩm vi gói probiotic chất mang nâng cao đáng kể hiệu vệ probiotic nghiên cứu trước [10,3,11] Do đó, kết hợp hai chất mang cải thiện khảnăng sống probiotic trình sấy phun điều kiện bảo quản
Prebiotic cacbonhydrate mạch ngắn mà enzyme thể người phân cắt lại nguồn chất cho vi khuẩn probiotic đến đại tràng [2] Do vậy, sản phẩm bổ sung probiotic prebiotic sẽtăng cường làm tăng thêm lợi ích cho thểvà gọi synbiotic [1] Vai trò prebiotic việc nâng cao khảnăng sống prebiotic báo cáo nhiều nghiên cứu trước [12,13] Tuy nhiên, nghiên cứu kết hợp prebiotic nhằm nâng cao hiệu bảo vệ probiotic chưa báo cáo đầy đủ Vì vậy, nghiên cứu này, ảnh hưởng prebiotic GalactoOligoSaccharide (GOS) (0% 2% w/v) lên khảnăng sống sót L.casei vi gói whey protein 10% (w/v) maltodextrin 5% (w/v) kỹ thuật sấy phun khảo sát Chế phẩm kiểm tra kích thước, cấu trúc bề mặt mật độ L.casei suốt 50 ngày bảo quản 10oC điều kiện dày (SGF) muối mật (SIF)
2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
(3)Giống vi khuẩn: Lactobacillus casei (AS186) nhân giống môi trường MRS 37oC sau 20 giờ nuôi cấy, sinh khối thu nhận dùng cho q trình vi gói
Dung dịch whey protein concentrate
(PureBulk, Mỹ) chuẩn bị theo mô tả Wichchukit cộng sự(2013) với vài thay đổi [11] Quy trình tóm tắt sau: dung dịch whey protein 20% (w/w) chuẩn bị với nước cất khuấy giờở nhiệt độ phịng Dung dịch whey protein sau biến tính nhiệt độ 80oC 10 phút.
2.2 Chế phẩm sấy phun
Quy trình tạo chế phẩm L.casei không bổ sung GOS (PureBulk, Mỹ) (mẫu WM) kỹ thuật sấy phun thực theo mô tả Adja cộng 2014 với vài thay đổi tóm tắt sau [14]: Hỗn hợp gồm sinh khối L.casei, whey protein 10% (w/v) Maltodextrin 5% (w/v) (Roquette, Pháp) tiến hành sấy phun (SD06AG, Labplant, UK) theo cấu phun sương dạng vòi phun áp lực khí nén với thơng số: lưu lượng nhập liệu: 4,5 ml/phút, đường kính kim phun 0,5 mm, áp suất atm, nhiệt độđầu vào 110oC, nhiệt độđầu 65-70oC
Chế phẩm bổ sung GOS (mẫu WMG) tiến hành tương tựnhư với GOS 2% (w/v) bổ sung trình sấy phun
Mật độL.caseitrước sau trình sấy phun sau 10 ngày bảo quản liên tục 50 ngày kiểm tra
2.3 Kiểm tra hình thái kích thước chế phẩm vi gói
Chế phẩm vi gói chụp SEM để kiểm tra cấu trúc bề mặt kiểm tra kích thước trung bình hạt vi gói máy HORIBA LA-920
2.4 Kiểm tra mật độ của L.casei trong điều kiện muối mật dày nhân tạo
Môi trường dày (SGF) bao gồm g/l NaCl + g/l pepsin điều chỉnh đến pH HCl 5M muối mật nhân tạo (SIF) bao gồm g/l NaCl + ml/l mật bò điều chỉnh đến pH NaOH 5M Ở mẫu chứa chế phẩm vi gói, mật độL.caseiđược kiểm tra vào ngày ngày 50 trình bảo quản Mẫu chứa tế bào tựdo cho làm mẫu đối chứng Sốlượng tế bào sống kiểm tra gián tiếp phương pháp trải đĩa
2.5 Phân tích thống kê
Tất nghiệm thức lặp lại ba lần để tính giá trị trung bình, độ lệch chuẩn kiểm định Tukey HSD dùng đểso sánh khác biệt nhóm Số liệu xử lý thơng qua phần mềm R phiên 3.0
3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.1 Hình ảnh kích thước trung bình chế phẩm vi gói
(4)Hình 1.Kích thước trung bình chế phẩm vi gói WMG
Hình 2.Ảnh chụp hiển vi điện tử chế phẩm vi gói (Hình a b: chế phẩm WM WMG)
Hiện tượng lõm bề mặt chế phẩm vi gói báo cáo nghiên cứu trước
cấu trúc bề mặt chế phẩm vi gói khơng ảnh hưởng chất mang [12] Theo Rodríguez cộng (2007), tượng lõm chế phẩm phụ thuộc nhiệt độ sấy q trình sấy thơng thường (nhiệt độđầu vào 140oC nhiệt độđầu 60oC) gây nên những vết lõm bề mặt chế phẩm [15]
Kích thước chế phẩm vi gói kỹ thuật sấy phun thường có kích thước nhỏ [12,8,6] Điều mang lại lợi khía cạnh cảm quan mà kỹ thuật nén đùn nhũ hóa khơng làm Tuy nhiên, kỹ thuật nhũ hóa, kích thước chế phẩm từ q trình sấy phun khơng đồng (hình 1,2)
Nghiên cứu O'Riordan cộng (2001) với chất mang tinh bột biến tính cho kích thước trung bình vào khoảng µm [8] Kích thước chế phẩm vào khoảng 5,6 đến 5,9 µm với chất mang tinh bột tự nhiên báo cáo Sandra cộng (2014) [6] Nghiên cứu Carlise cộng (2012) cho thấy, chế phẩm sấy phun B.bifidum với chất mang sữa gầy sữa gầy kết hợp với prebiotic cho kích thước chế phẩm từ14,45 đến 18,78 μm [12]
Sandra cộng (2014) cho rằng, kích thước chế phẩm vi gói không bịảnh hưởng nồng độ chất mang nhiệt độ đầu trình sấy phun [6] Việc bổ sung thêm inulin vào sữa gầy q trình sấy phun khơng ảnh hưởng đến kích thước chế phẩm vi gói [12] Kết quảtương tựthu từ nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung thêm GOS q trình sấy phun khơng ảnh hưởng đến kích thước cấu trúc bề mặt chế phẩm vi gói (hình 1, 2)
(5)Mật độL.casei sau trình sấy phun theo thời gian bảo quản chế phẩm 10oC được trình bày hình Kết quảthu cho thấy, lượng L.casei sau trình sấy phun hai chế phẩm WM WMG tương đương (p>0,05) vào khoảng 1,25 1,31 log(CFU/g) tương ứng với 86,14% 86,76% Cả hai chế phẩm trì mật độ L.casei khơng đổi sau 20 ngày bảo quản chế phẩm Mật độL.casei chế phẩm WMG cao so với chế phẩm WM sau 10 20 ngày bảo quản Tuy nhiên, từ ngày 30 trình bảo quản mật độ L.casei hai chế phẩm khơng có khác biệt (hình 3) Mật độL.cassei sau 50 ngày bảo quản giảm nhẹ 0,44 0,63 log(CFU/g) tương ứng với mẫu WM WMG
Kỹ thuật sấy phun probiotic cho hiệu kinh tế dễ dàng ứng dụng quy mô lớn [2] Tuy nhiên, nhiệt độ sấy phun nguyên nhân gây chết tế bào sau sấy [9,6] Việc gia tăng nhiệt độ sấy phun ảnh hưởng đáng kể đến tỉ lệ sống probiotic Tỉ lệ sống probiotic giảm mạnh gần 55% nhiệt độđầu vào trình sấy phun 130oC [9] giảm đến 80% nhiệt độđầu vào 150oC [6], tỉ lệ tế bào sống sót có thểđạt 81,17% với nhiệt độđầu vào trình sấy 100oC [9]. Nhiệt độđầu vào nghiên cứu 110oC cho hiệu quả bảo vệ cao nhất Nhiệt độ đầu vào trình sấy phun thấp làm cho sản phẩm thu có độẩm cao [14]
Hình 3. Mật độ L.casei sau sấy theo thời gian bảo quản
ablà giá trị trung bình giữa hai chế phẩm, sự sai khác ký tự có ý nghĩa sai biệt mặt thống kê (p<0,05)
ABCgiá trị trung bình theo thời gian bảo quản chế phẩm, sai khác ký tự có ý nghĩa sai biệt về mặt thống kê (p<0,05)
(6)Trong nghiên cứu chúng tôi, kết hợp whey protein maltodextrin cho hiệu bảo vệL.casei hiệu với tỉ lệ sống đạt 86,14% (hình 3) Điều đạt xuất protein mơi trường giúp ổn định protein nội bào probiotic q trình sốc nhiệt [9] Ngồi ra, có mặt maltodextrin có vai trị làm tăng nồng độ vật liệu vi gói tăng tỉ lệ sống probiotic trình sấy phun [14,9] Điều giúp cho kết hợp whey protein maltodextrin (chế phẩm WM) nâng cao hiệu tỉ lệ sống L.casei (hình 3)
Mật độ probiotic ổn định trình bảo quản cần thiết Số lượng probiotic phải đảm bảo đạt 107 (CFU/g) tại thời điểm tiêu thụ sản phẩm [17] Điều cho thấy, chất mang vi gói cần đảm bảo hiệu bảo vệ probiotic trình sấy điều kiện bảo quản Việc sử dụng prebiotic làm chất mang vi gói probiotic thường cho hiệu bảo vệ probiotic q trình bảo quản khơng cao [14,6] Nghiên cứu Adja cộng (2014) cho thấy, maltodextrin (10% w/v) giúp nâng cao tỉ lệ sống Bifidobacterium [1] Tuy nhiên, mật độBifidobacterium sau 30 ngày bảo quản giảm nhiều với khoảng log(CFU/g) sau 30 ngày bảo quản việc gia tăng thêm nồng độ maltodextrin không cải thiện khảnăng sống Bifidobacterium [14] Tương tự, mật độ L.rhamnosus giảm từ1,74 đến 2,26 log(CFU/g) (tuy theo nồng độ inulin) sau 32 ngày bảo quản báo cáo Sandra cộng (2014) [6] Vì vậy, theo chúng tơi, cần kết hợp chất mang khác để tăng hiệu bảo vệ probiotic Trong nghiên cứu chúng tôi, kết hợp whey protein maltodextrin cho hiệu bảo vệL.casei ổn định trình bảo quản với 0,63 log(CFU/g) tế bào sau 50 ngày bảo quản (hình 3) Theo Millqvist cộng
protein bị biến tính kết tụ lại Điều làm tạo nên tường bảo vệprobiotic điều kiện bảo quản [18]
Kết nghiên cứu cho thấy, mẫu bổ sung thêm prebiotic GOS (chế phẩm WMG), mật độL.caseicó cao so với mẫu WM (hình 3) Tuy nhiên, khác biệt khơng có ý nghĩa (p>0,05) mặt thống kê Theo Karrtheek cộng (2013), maltodextrin ngồi vai trị hỗ trợ q trình sấy phun, maltodextrin cịn có vai trị prebiotic [9] Theo chúng tôi, lượng maltodextrin (5% w/v) nghiên cứu thực đầy đủ vai trò prebiotic nên việc bổ sung thêm prebiotic (GOS) không cải thiện thêm khảnăng sống L.casei trình bảo quản (hình 3)
(7)Hình 4. Mật độL.casei sau ủ SGF SIF sau 50 ngày bảo quản
Khảnăng sống sót điều kiện SGF SIF tiêu chí quan trọng đánh giá hiệu probiotic Nghiên cứu O'Riordan cộng (2001) cho thấy, việc sử dụng tinh bột chất mang vi gói kỹ thuật sấy phun
không cải thiện khả sống
Bifidobacterium điều kiện SGF so với dạng tự [8] Tuy nhiên, với whey protein chất mang cho hiệu bảo vệ Bifidobacteriumtrong điều kiện SGF tốt so với dạng tự với lượng tế bào tương ứng 0,73 so với 1,51 log(CFU/g) [3]
Trong nghiên cứu chúng tôi, hai chế phẩm WM WMG cho hiệu bảo vệ L.caseicao đáng kể so với dạng tự (hình 4) Theo chúng tơi, điều whey protein với đặc tính đệm cao [10] với maltodextrin với vai trò prebiotic [9] Iyer cộng (2005) cho ởcác probiotic có chế trao đổi chất đặc biệt hiệu prebiotic đường đơn [13] Sự kết hợp giúp nâng cao tỉ lệ sống L.casei
điều kiện SGF SIF Nghiên cứu cho thấy việc bổ sung thêm prebiotic (GOS) không cải thiện thêm tỉ lệ sống L.caseitrong điều kiện SGF SIF (hình 4)
4 KẾT LUẬN