ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU PREBIOTIC TRONG CÁC SẢN PHẨM SỮA

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG 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 NGƠ LÂM TUẤN ANH Tp.Hồ Chí Minh, 07/2010 http://www.ebook.edu.vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Thị Kiều Vũ MSSV: 06116100 Ngành: Công nghệ Thực Phẩm Lớp: 061160 Tên đồ án : Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa Nhiệm vụ đồ án: Tổng quan tài liệu nhằm tìm hiểu vấn đề sau: - Tìm hiểu prebiotic: chất, tác dụng sức khỏe chế tác dụng,… - Tìm hiểu prebiotic sử dụng phổ biến sữa - Tìm hiểu nghiên cứu phương pháp sản xuất sản phẩm chứa prebiotic Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/03/2010 Ngày hoàn thành đồ án: 08/07/2010 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 yêu cầu Đồ án tốt nghiệp thơng qua Ngày… tháng……năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) http://www.ebook.edu.vn LỜI CẢM ƠN Từ bắt đầu thực đến hoàn thành đồ án này, cố gắng học hỏi nhiều từ sách vở, internet thực tế sống Tôi nh ận nhiều giúp đỡ hỗ trợ từ gia đình, thầy bạn bè tơi Tơi cảm thấy thực may mắn hạnh phúc đón nhận tất giúp đỡ Lời cảm ơn đầu tiên, muốn gửi đến nhà tiên phong khoa học thực phẩm, người xây dựng mạng lưới internet phát triển ngày người vô danh chia sẻ tài liệu quý báu internet Họ người đưa đến với chân trời khoa học thực phẩm Tôi xin gửi lời cảm ơn cô Nguyễn Thị Hồng Hạnh cho tơi biết khó khăn gặp phải làm đồ án Cô ngư ời gợi ý cho tơi cách giải khó khăn Những chia sẻ thật có ích cho cách suy ngh ĩ c giải vấn đề Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ngô Lâm Tuấn Anh Thầy trao đổi kiến thức vấn đề đồ án để tơi hồn thiện đồ án tốt Tơi chân thành cảm ơn thầy cô giảng dạy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Họ người truyền đạt cho kiến thức quý báu để tơi lĩnh hội điều mẻ khác khoa học Tôi xin gửi lời cảm ơn đến người bạn đồng khóa 2006 với tơi Chúng động viên, trao đổi kiến thức để tiến Tôi đặc biệt cảm ơn tình cảm đặc biệt bạn dành cho tơi Đó nguồn động viên lớn giúp tơi có tinh thần sảng khối thực đồ án Tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt đến bạn Cao Thị Thu Hằng, bạn thời phổ thông Bạn cho tài liệu y khoa hữu ích thú vị Cuối cùng, tơi muốn bố mẹ biết thầm cảm ơn họ họ ln dõi theo tin tưởng tơi Tơi muốn gửi lời cảm ơn đến em gái tơi ờng nhịn nhiều Tôi ln ghi nhớ tình cảm mà gia đình dành cho tơi Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Huỳnh Thị Kiều Vũ i http://www.ebook.edu.vn TÓM TẮT ĐỒ ÁN Prebiotic có tác dụng cải thiện sức khỏe phịng chống số bệnh Sữa mẹ nguồn cung cấp prebiotic cho người Hiện nay, prebiotic bổ sung nhiều sản phẩm sữa sản phẩm thực phẩm khác Prebiotic định nghĩa b ởi Gibson vào năm 1995 Ngày nay, theo cách hiểu thơng thường, probiotic vi khuẩn có lợi cho sức khỏe prebiotic thức ăn cho vi khuẩn probiotic Probiotic prebiotic tác động trực tiếp đến hệ tiêu hóa vi sinh vật đường ruột từ tác động đến tồn thể Hệ tiêu hóa bao gồm ống tiêu hóa quan phụ khác Hệ vi sinh vật đường ruột cư trú khắp ống tiêu hóa Trong đó, hệ vi sinh vật ruột già có số lượng lớn Chúng có vai trị quan trọng chuyển hóa thức ăn trước bị tống theo phân ngồi, tổng hợp số vitamin chống viêm nhiễm vi sinh vật từ vào Hệ vi sinh vật đường ruột đa dạng chủng loại chia thành hai loại chính: vi khuẩn có lợi vi khuẩn gây hại Vi khuẩn có lợi biết đến nhiều bifidobacteria lactobacilli Sự cân vi khuẩn có lợi vi khuẩn gây hại yếu tố định đến sức khỏe người Đây chế tác động prebiotic probiotic thể người Cho đến nay, prebiotic xác định chủ yếu carbohydrate hòa tan Tuy nhiên, carbohydrate prebiotic Đ ể xem prebiotic, chúng phải có đủ ba tiêu chuẩn kháng tiêu hóa, có khả lên men có tính lên men chọn lọc Hiện nay, có ba loại prebiotic sử dụng phổ biến inulin/ fructooligosaccharide, galactooligosaccharide lactulose Prebiotic có chất carbohydrate nên có đặc tính cơng nghệ tốt Ngồi ra, carbohydrate có l ịch sử sử dụng cơng nghệ thực phẩm từ lâu Do đó, prebiotic có khả ứng dụng nhiều loại sản phẩm thực phẩm khác Prebiotic có tác dụng cải thiện sức khỏe phòng chống số bệnh Prebiotic có khả chống viêm nhiễm vi sinh vật, cải thiện tiêu hóa hấp thu, kiểm sốt lipid glucose máu Ngồi ta, prebiotic có khả phòng chống ung thư đại tràng giảm chứng táo bón,…Tất nội dung trình bày cụ thể chương Trong chương 3, fructooligosaccharide galactooligosaccharide giới thiệu chi tiết Chúng prebiotic bổ sung phổ biến sản phẩm sữa ii http://www.ebook.edu.vn Galactooligosaccharide prebiotic có sữa Tuy nhiên, galactooligosaccharide sản xuất thương mại nhờ enzyme β-galactosidase Sản phẩm hỗn hợp oligosaccharide cấu tạo đơn vị galactopyranosyl, nối với liên kết β-(1-6) hay β-(1-4) Fructooligosaccharide tên gọi chung để prebiotic có chất fructanloại inulin Fructooligosaccharide sản xuất thương mại theo hai phương pháp: phương pháp chiết tách nước nóng (và thủy phân enzyme inulinase), phương pháp tổng hợp enzyme β-fructofuranosidase Sản phẩm hỗn hợp oligosaccharide cấu tạo đơn vị fructofuranosyl, nối với liên kết β-(2-1) Galactooligosaccharide fructooligosaccharide thường bổ sung công thức dinh dưỡng cho trẻ với tỉ lệ : Hàm lượng hỗn hợp 0.8g/100 ml Ngồi ra, prebiotic tổng hợp sản phẩm sữa Chương giới thiệu hai nghiên cứu phương pháp sản xuất sữa chứa galactooligosaccharide Đó hai nghiên cứu sử dụng β-galactosidase để tổng hợp galactooligosaccharide từ lactose có 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 sản phẩm phô mai chứa galactooligosaccharide từ sữa tươi nguyên liệu thành phần sữa khác Trong tương lai, prebiotic sản phẩm sữa chứa prebiotic phát triển nhanh chóng Các sản phẩm khác sữa chứa prebiotic ngày đa dạng iii http://www.ebook.edu.vn MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa Nhiệm vụ đồ án Lời cảm ơn .i Tóm tắt đồ án ii Mục lục iv Danh sách hình vẽ vii Danh sách bảng biểu viii Danh sách từ viết tắt ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu vấn đề .1 1.2 Giới hạn mục tiêu tìm hiểu 1.3 Hạn chế đồ án 1.4 Ý nghĩa khoa học CHƯƠNG 2: PREBIOTIC .3 2.1 Tìm hiểu hệ tiêu hóa 2.1.1 Cấu tạo hệ tiêu hóa .3 2.1.2 Giải phẫu đường ruột chức đường ruột 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 hố học prebiotic 16 2.3 Những tính chất có lợi prebiotic .17 iv http://www.ebook.edu.vn 2.3.1 Tính chất có lợi prebiotic công nghệ thực phẩm .17 2.3.2 Tác dụng prebiotic sức khỏe người 18 2.3.3 Các vấn đề sử dụng prebiotic 23 2.4 Phương pháp sản xuất prebiotic 24 2.5 Probiotic 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 GOS 32 3.1.2 Kỹ thuật sản xuất GOS 33 3.1.3 Các đặc tính cơng nghệ GOS 39 3.2 Fructooligosaccharide (FOS) 40 3.2.1 Giới thiệu FOS 40 3.2.2 Kỹ thuật sản xuất FOS 42 3.2.3 Các đặc tính cơng nghệ FOS 46 3.3 Bổ sung FOS, GOS 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 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 sản phẩm phô mai giàu GOS lactose 54 4.3.1 Hai loại phô mai nghiên cứu – phô mai cottage phơ mai cream .54 4.3.2 Các quy trình sản xuất sản phẩm phơ mai giàu GOS lactose .57 v http://www.ebook.edu.vn 4.3.3 Các trình quy trình sản xuất phơ mai giàu GOS lactose 62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 vi http://www.ebook.edu.vn DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Hệ tiêu hóa người Hình 2.2 Giải phẫu thành ruột non Hình 2.3 Sơ đồ chuyển hóa chất dinh dưỡng 11 Hình 2.4 Khả chuyển hóa prebiotic đường ruột .14 Hình 2.5 Cơ chế chống viêm nhiễm vi sinh vật gây hại prebiotic 19 Hình 2.6 Sơ đồ sản xuất số prebiotic theo phương pháp khác 25 Hình 2.7 Tác động prebiotic probiotic đến hệ vi sinh vật ruột già 29 Hình 3.1 Cấu trúc phân tử GOS 32 Hình 3.2 Cơ chế phản ứng galactosyl hóa .35 Hình 3.3 Cấu trúc phân tử allolactose galactobiose .36 Hình 3.4 Sơ đồ quy trình sản xuất GOS quy mơ cơng nghiệp 38 Hình 3.5 Sơ đồ quy trình sản xuất inulin 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, lactose 51 Hình 4.3 Sơ đồ quy trình sản xuất truyền thống loại phơ mai tươi 55 Hình 4.4 Sơ đồ quy trình sản xuất phơ 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 phơ mai cream theo phương pháp thu hồi GOS 61 vii http://www.ebook.edu.vn DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các vi khuẩn kị khí chủ yếu ruột già 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 giới .26 Bảng 2.5 Các vi sinh vật probiotic .30 Bảng 3.1 Một số loài vi sinh vật sử dụng sản xuất GOS thương mại .34 Bảng 3.2 Các loại fructan tự nhiên 40 Bảng 3.3 Một số nguyên liệu thực phẩm chứa inulin 42 Bảng 3.4 Các sản phẩm sữa bổ sung prebiotic FOS châu Âu .48 viii http://www.ebook.edu.vn DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT BCFA – Branched chain fatty acid SCFA – Short chain fatty acid GOS – Galactooligosaccharide 15 FOS – Fructooligosaccharide 15 DP – Degree of polymerization 16 Ut/Uh – Transglycosylating activity/ hydrolytic activity 36 E/S – Enzyme/Substrate 53 ix http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu vấn đề Sữa loại thực phẩm quan trọng người Sữa cung cấp thành phần dinh dưỡng cân đối nguồn cung cấp calcium chủ yếu cho thể người Ngay từ tháng đầu đời, trẻ nhận nguồn dinh dưỡng sữa mẹ Khi lớn lên, người tiếp tục tiêu thụ nguồn dinh dưỡng cân đối từ nhiều nguồn khác bò, cừu, trâu, dê, ngựa,… Các nhà sản xuất công nghiệp chế biến sữa không ngừng cung cấp sản phẩm sữa với nhiều chủng loại khác nhau, phù hợp với sở thích lứa tuổi người tiêu dùng Các nhà khoa học dinh dưỡng không ngừng tìm hiểu, nghiên cứu tư vấn nhà sản xuất thành phần hỗ trợ tích cực cho chức đặc biệt thể Từ đó, ngày có nhiều sản phẩm từ sữa đời Đó sản phẩm bổ sung giá trị dinh dưỡng dành cho đối tượng đặc biệt trẻ em độ tuổi khác nhau, phụ nữ mang thai, người ốm, người chơi thể thao, người già,… Ngồi ra, có th ể sản phẩm sữa bổ sung thành phần có lợi cho sức khỏe Các sản phẩm loại ý phát triển nhanh sản phẩm tập trung khả có lợi sức khỏe cho tất đối tượng tiêu dùng Các sản phẩm sữa có lợi cho sức khỏe biết đến nhiều sản phẩm cải thiện hệ tiêu hóa, hỗ trợ chức miễn dịch thể Đó sản phẩm sữa probiotic Hiện sản phẩm Yakult công ty Honsha (Nhật Bản) sản phẩm sữa probiotic thành cơng tồn giới [27] Một thuật ngữ gắn liền với probiotic prebiotic Prebiotic probiotic có đặc tính có lợi cho sức khỏe tương tự [94] Probiotic biết đến lợi khuẩn prebiotic oligosaccharide để vi khuẩn probiotic sử dụng Trên thực tế, probiotic đư ợc phát nghiên cứu trăm năm nay, thuật ngữ prebiotic phát phát triển gần [12] Trên giới, prebiotic sử dụng rộng rãi nhiều loại sản phẩm khác nhau, đặc biệt sản phẩm sữa Ở Việt Nam, prebiotic xuất sản phẩm sữa bột dành cho trẻ em cơng ty sữa hàng đầu giới Vì vậy, khái niệm prebiotic xa lạ với hầu hết người tiêu dùng đề tài mẻ ngành cơng nghệ thực phẩm http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa 1.2 Giới hạn mục tiêu tìm hiểu Các sản phẩm sữa chứa prebiotic chủ yếu prebiotic bổ sung vào Hơn nữa, sản phẩm sữa đa dạng có sản phẩm bổ sung prebiotic Vì vậy, đồ án tập trung vào prebiotic thành phần riêng biệt bổ sung vào sản phẩm sữa: • Tìm hiểu prebiotic: Định nghĩa chất prebiotic; loại prebiotic phương pháp sản xuất chúng; tác dụng prebiotic sức khỏe người chế tác động đến sinh lý • Đồng thời, tìm hiểu khái niệm probiotic synbiotic • Tìm hiểu loại prebiotic bổ sung phổ biến sản phẩm sữa Ngoài ra, sản phẩm sữa lên men có vi khuẩn có lợi tạo exopolysaccharide từ đường đơn đường đơi sản phẩm Vì vậy, mục tiêu đồ án cịn tìm hiểu phương pháp nghiên cứu sản xuất sữa sản phẩm sữa chứa prebiotic (oligosaccharide) nhờ trình tổng hợp prebiotic sữa 1.3 Hạn chế đồ án Khi tìm hiểu thực phẩm chức tìm hi ểu chế tác động chúng đến sức khỏe cần đến kiến thức sinh lý học người, sinh lý bệnh,…Vì vậy, ranh giới khoa học thực phẩm, khoa học dinh dưỡng y khoa giới hạn việc giải thích chế trình bày theo quan điểm khoa học thực phẩm Đề tài prebiotic mới, nhiều tranh cãi đư ợc nghiên cứu Vì vậy, đồ án giải đáp hết thắc mắc trình bày hết ý kiến tranh cãi xoay quanh prebiotic 1.4 Ý nghĩa khoa học Đồ án “Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa” cập nhật kiến thức khoa học dinh dưỡng khoa học thực phẩm giới Đồ án nguồn tài liệu khoa học tiếng Việt hữu ích thành phần chức prebiotic Nó góp phần cải thiện bổ sung vào tài liệu học thuật prebiotic Việt Nam Đồ án dùng để tham khảo nghiên cứu công nghiệp chế biến sữa lĩnh vực thực phẩm chức Việt Nam Đồ án sở để đưa hướng nghiên cứu phát triển sản phẩm ngành công nghệ chế biến thực phẩm http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic 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 quan phụ khác để thực chức tiêu hóa thức ăn, hấp thu nước chất dinh dưỡng, thải chất bã ngồi Ống tiêu hóa ống dài với đoạn phân hóa có kích thước khác Ống tiêu hóa xuất phát từ miệng, qua hầu, thực quản, dày, ruột non, ruột già tận hậu môn Các quan phụ gồm tuyến nước bọt, tuyến tụy, gan túi mật [5] Lưỡi Hầu Miệng Tuyến nước bọt Ruột già Thực quản Gan Ruột non Túi mật Dạ dày Tá tràng Tràng ngang Tụy Tràng lên Manh tràng Ruột thừa Trực tràng Tràng xuống Hỗng tràng Hồi tràng Tràng Sigma Cơ thắt hậu mơn Hậu mơn Hình 2.1 Hệ tiêu hóa người.[137] http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa 2.1.2 Giải phẫu đường ruột chức đường ruột Điển hình cho cấu trúc thành đường ruột thành ruột non Từ ngồi vào có lớp: mạc; tầng gồm lớp dọc lớp vòng; tầng niêm mạc; tầng niêm mạc Tầng niêm mạc bao gồm lớp biểu mô, lớp đệm niêm Giữa hai lớp dọc vịng có đám r ối thần kinh Giữa lớp niêm mạc lớp vịng có đám rối niêm tạo thành hệ thống thần kinh nội ruột Niêm mạc ruột có nhiều nếp gấp, làm tăng diện tích hấp thu lên ba lần Trên bề mặt niêm mạc có nhiều nhung mao, làm tăng diện tích lên thêm mười lần Mỗi tế bào biểu mơ nhung mao lại có nhiều vi nhung mao tạo thành bờ bàn chải làm tăng diện tích lên thêm hai mươi lần Ba yếu tố cộng lại làm tăng diện tích hấp thu ruột non lên 600 lần [5] Vi nhung mao Tĩnh mạch cửa Gan Tầng Lòng ruột Tế bào biểu mô Mao mạch Nhung mao Mạch bạch huyết Đường ruột Nhung mao Hình 2.2.Giải phẫu thành ruột non [138] Ruột non có chiều dài khoảng m chia làm đoạn: tá tràng, hỗng tràng hồi tràng Ruột non nơi quan trọng thực q trình tiêu hóa hấp thu thức ăn, với hỗ trợ tuyến tụy mật Ruột non nhận thức ăn đư ợc nhào trộn (dưỡng trấp) từ dày Ở ruột non có tuyến Brunner tiết chất nhầy để bảo vệ niêm mạc ruột, tuyến Lieberkuhn tiết chất dịch để giúp hòa tan chất dưỡng trấp tế bào biểu mơ tiết http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa enzyme tiêu hóa lên bờ bàn chải để tiêu hóa thành phần dưỡng trấp Đồng thời, bờ bàn chải nơi hấp thu chất dinh dưỡng vào máu khắp thể Tuyến tụy cung cấp enzyme hỗ trợ cho q trình tiêu hóa ion bicarbonate để trung hịa acid dư ỡng trấp Mật tạo từ tế bào gan cần thiết cho tiêu hóa hấp thu mỡ, nhờ tác dụng nhũ tương hóa mỡ tạo thành hạt micelle Ruột già gồm có chiều dài khoảng 1.5 m bao gồm đoạn sau: manh tràng, kết tràng lên, kết tràng ngang, kết tràng xuống, kết tràng sigma trực tràng Chức kết tràng hấp thu nước chất điện giải từ dưỡng trấp tích trữ phân phân tống thoát [5] Mỗi ngày, người thải khoảng 150 – 200 g phân Trong đó, nước chiếm 65% chất rắn chiếm 35% Thành phần tạo thành chất rắn chất thức ăn khơng tiêu hóa, tế bào niêm mạc ruột bong ra, dịch tiêu hóa xác vi sinh vật [3] Trong đó, thành phần vi sinh vật chất rắn khoảng 60% [100, 105,120] Ngoài ra, đường ruột quan có chức miễn dịch quan trọng thể có khoảng 60 - 70% tế bào miễn dịch 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 người mơi trường giàu dinh dưỡng, nơi cư trú gần 100 nghìn tỷ (1014) vi khuẩn [27,39] khoảng 800 – 1000 loài [117,120,130] thuộc 100 giống khác [94], chủ yếu thuộc ngành Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria [39] Hệ vi sinh vật đường ruột người bao gồm khoảng 3% vi khuẩn kị khí tùy tiện 97% vi khuẩn kị khí bắt buộc [27,65] Số lượng thành phần hệ vi sinh vật đường ruột có khác biệt lớn vị trí khác ống tiêu hóa [32,94]: • Ở vịm miệng, có nhiều giống tồn (105 tế bào/ml [80]) Prevotella, Porphyromonas, Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium, Desulfovibrio http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa • Khi đến dày, tác dụng acid (pH~2 [5]) co bóp, cịn lại khoảng 103 tế bào/ml, thuộc số loài vi khuẩn chịu acid Streptococcus, Staphylococcus, Lactobacillus, Helicobacter pylori (Campylobacter [1]) nấm men • Ở ruột non, tác dụng pH ~ 7, muối mật, dịch tụy nhu động ruột (thời gian lưu lại ngắn) nên vi sinh vật không phát triển Tại đoạn cuối hồi tràng, vi khuẩn kị khí gram âm chiếm đ a số với khoảng 104 – 108 tế bào/ml Có lồi kị khí tùy tiện Lactobacillus, Streptococcus, Enterobacterium loài kị khí bắt buộc Bifidobacterium spp., Bacteroides spp., Clostridium • Khi đến ruột già, số lượng vi sinh vật tăng lên 1010 – 1012 tế bào/gam Trong ruột già, lồi vi khuẩn kị khí bắt buộc chiếm 99% tổng số loại vi sinh vật Chúng bao gồm loại Gram dương loại Gram âm: Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Eubacterium spp loại Clostridia, Ruminococcus spp., Butyrovibrio spp., Fusobacterium spp., Eubacterium spp., Peptostreptococcus Lượng vi khuẩn kị khí tùy tiện khoảng 1000 lần so với loại kị khí bắt buộc Chúng tồn phần đầu ruột già Đó loài Lactobacillus spp., Streptococcus, Enterococcus, Enterobacter, Propionibacterium Nấm men tồn ruột già với số lượng thấp, khoảng 102 – 104 tế bào/ml [27, 32, 40, 65, 79, 94, 100] http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa Bảng 2.1 Các vi khuẩn kị khí chủ yếu ruột già [47] Ngành Bacteroidetes Firmicutes Actinobacteria Proteobacteria Euryarchaeota Fusobacteria Verrucomicrobia Lentisphaerae 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 Verrucomicrobiaceae Victivallaceae e.g Victivallis vadensis Sản phẩm lên men acetate, propionate, succinate từ carbohydrate acetate, formate, L- Dlactate, butyrate, succinate, propionate từ carbohydrate; BCFA, indole, sulphide, phenol, amine, NH3, H2, CO2, CH4 từ protein amino acid lactate, acetate, formate từ carbohydrate lactate, acetate, succinate, formate từ carbohydrate; sulphide từ sulphate, H2S, mercaptan CH4 acetate, butyrate, NH3, formate, lactate acetate, ethanol, H2 2.1.3.2 Vai trò hệ vi sinh vật ruột già Vai trị hệ vi sinh vật đường ruột lên men thành phần thực phẩm khơng tiêu hóa chất nhầy biểu mô đường ruột tạo Đây mối quan hệ cộng sinh người hệ vi sinh vật đường ruột Con người sử dụng http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa phần lượng vi sinh vật tạo vi sinh vật sinh trưởng phát triển đường ruột [32, 39] Một vài loại vi khuẩn hệ vi sinh vật ruột già tổng hợp số vitamin K B folate, biotin, vitamin K2 [2, 3, 32, 110] Mặc dù hệ gen người có khoảng 30 000 gen hệ gen vi khuẩn 600 gen, [117] toàn số gene vi sinh vật gấp 100 lần số gene hệ gene người Vì vậy, chúng có enzyme phân giải chất mà người khơng thể tiêu hóa [32, 110, 120] Có hai q trình chuyển hóa ruột già: Q trình phân giải saccharide (lên men carbohydrate) diễn mạnh manh tràng kết tràng lên [32, 33] Sản phẩm q trình lên men carbohydrate acid béo mạch ngắn (SCFA), khí acid hữu khác [18, 33] Do đó, mơi trường đoạn ruột có pH thấp, khoảng – [32] Quá trình lên men carbohydrate tạo acid hữu lactate, succinate, pyruvate, formate có ethanol Những sản phẩm không hấp thu qua ruột già vi khuẩn tiếp tục lên men để tạo SCFA [33, 40] Các SCFA tạo thành acetate, propionate butyrate [33, 40, 85] Loại SCFA hàm lượng khác dựa loại chất carbohydrate Ví dụ, pectin lên men tạo thành chủ yếu acetate tinh bột bền, cám lúa mì kích thích tạo thành butyrate [132] Ngồi ra, có phần nhỏ valerate and hexanoate [40, 132] Phần lớn SCFA hấp thu oxi hóa, giải phóng CO2, cung cấp khoảng – 10% nhu cầu lượng ngày cho vật chủ [33, 70, 110] Chỉ có – 10% SCFA tìm thấy phân Ngồi ra, SCFA cịn có chức sinh lý định thể [40]: • Acetate: sản phẩm lên men nhiều loại vi khuẩn khác Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium,…Acetate dễ dàng hấp thu chuyển đến gan chuyển hóa cơ, thận, tim não Khi có nhiều acetate sinh từ trình lên men carbohydrate, acetate chuyển đến gan Acetate SCFA vào vịng tuần hồn máu Nó s ản phẩm quan trọng để tổng hợp acid béo mạch dài (LCFA) glutamine, glutamate betahydroxybutyrate http://www.ebook.edu.vn Tìm hiểu prebiotic sản phẩm sữa • Propionate: sản phẩm Bacteroides, Propionibacterium, Veillonella Phần lớn propionate hấp thu dùng để tổng hợp glycogen đường gián tiếp gan Tuy nhiên, việc sử dụng carbon propionate để tổng hợp lipid giới hạn Propionate ũcng đư ợc xem ức chế tổng hợp cholesterol gan • Butyrate: sản phẩm Clostridium, Fusobacterium, Butyrivibrio, Eubacterium, Peptostreptococcus sản phẩm vi khuẩn lactic [40,82,97,101] Vi khuẩn lactic xem có vai trị kích thích sản sinh butyrate lồi khác [88] Butyrate khơng hấp thu qua ruột tế bào ruột sử dụng [97,110] Butyrate có chức điều hịa kiểm sốt chế gây chết tế bào theo chương trình ( apoptosis) điều hịa sinh sơi phân hóa tế bào Nó có nhiều tác động khác lên biểu gen cách tác động đến cấu trúc chromatin thơng qua q trình phosphoryl hóa acyl hóa protein histone [40, 63] Các khí chủ yếu bao gồm H2, CO2, CH4, H2S [15, 33, 85] Các khí khơng chuyển hóa mà thải ngồi qua đường hô hấp, rắm, phân [40, 70] Quá trình phân giải protein (lên men protein) diễn chủ yếu kết tràng xuống đoạn sigma [18, 33] Sản phẩm q trình lên men protein acid béo mạch nhánh (BCFA) [40], khí (H2, CO2, CH4, H2S) hợp chất phenol, ammonia, amine [32, 33, 85] Do đó, mơi trường kết tràng xuống có pH cao kết tràng lên [32] Các BCFA tạo thành isobutyrate, isovalerate isocaprate Vai trò tác động BCFA nhiều tranh cãi [40, 75, 132] Các hợp chất phenol (indole, thiol), ammonia, amine gây bệnh ung thư đại tràng [18, 35, 108] Tóm lại, hệ vi sinh vật ruột chia thành loại cải thiện sức khỏe loại gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người [40] Loại có lợi cho sức khỏe loại lên men carbohydrate, sinh SCFA có lợi Vi khuẩn lactic xem vi khuẩn cải thiện sức khỏe người [1,40,42] Đó lồi Bacteroides, Eubacterium spp., Ruminococcus spp., Butryovibrio spp., Fusobacterium pruasnitzii,…[14,97] Lactobacillus Bifidobacterium loài biết đến nhiều [97,100] http://www.ebook.edu.vn