Sữa chua probiotic là sữa chua có chứa các vi sinh vật probiotic, sự hiện diện của chúng có thể mang lại các tác động có lợi cho sức khỏe. Sản phẩm tiêu biểu như AB-yogurt, có chứa L. acidophilus và Bifidobacterium cùng với các giống khởi động của sữa chua.
Quy trình sản xuất giống như với sưa chua truyền thống ngoại trừ sự kết hợp với giống probiotic. Sữa đã đồng hóa, xử lý nhiệt được cấy giống khởi động ở 45oC hoặc 37oC và ủ lần lượt ở 3,5 hay 9giờ. Giống probiotic có thể được thêm vào cùng lúc với giống khởi động truyền thống trước quá trình lên men hoặc sau quá trình lên men [15].
Việc phân lập các đối tượng vi sinh vật trong sữa chua probiotic để xác định số lượng ban đầu lượng probiotic trong sản phẩm, cũng như để xác định khả năng tồn tại của các probiotic trong quá trình lưu trữ trong tủ lạnh và trong chuỗi phân phối sản phẩm là thật sự cần thiết. Môi trường nuôi cấy để xác định số lượng vi khuẩn khởi động trong sữa chua probiotic có thể được chia thành 3 nhóm: (a) môi trường chung cho phép tất cả các chủng có thể mọc, ví dụ là môi trường MRS thích hợp cho các vi khuẩn sinh acid lactic phát triển tốt; (b) môi trường chọn lọc cho mỗi chủng, ví dụ môi trường NNLP agar dùng phân lập B. bifidum hoặc M17 dùng phân lập Streptococcus thermophilus; (c) môi trường phân biệt sử dụng cho tất cả các chủng trong sữa chua probiotic và qua đó phân biệt được từng chủng qua hình thái khuẩn lạc khác nhau, ví dụ như môi trường TPPYPB [15].
1.4. Bột sữa chua và phƣơng pháp sấy phun
Bột sữa chua có giá trị dinh dưỡng và điều trị bệnh khác nhau. Hoạt tính chống ung thư liên quan đến tất cả các tế bào vi khuẩn khởi động và hoạt tính này vẫn còn ngay cả sau khi sấy khô. Mục tiêu chính của sấy sữa chua là để bảo vệ nó ở dạng bột có thời hạn sử dụng dài hơn và chất lượng ổn định mà không phải bảo quản lạnh đồng thời góp phần đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm probiotic. S. thermophilus thể hiện độ nhạy ít so với L. bulgaricus trong quá trình đông khô
25 cũng như sấy phun sữa chua. Sản phẩm nuôi cấy được bán với tiêu chí có lợi cho sức khỏe phải đáp ứng tiêu chuẩn về số lượng tối thiểu được đề nghị là hơn 106CFU/g vào ngày hết hạn. Sữa chua đông khô có thể được lưu trữ từ 1-2 năm tại 4oC. Sau 1 năm bảo quản, bột thường có chứa số lượng vi khuẩn tổng số 106CFU/g. Bột sữa chua còn được sử dụng như một loại phụ gia vào các ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm [11].
Phương pháp sấy phun thường được sử dụng trong công nghiệp để sấy các sản phẩm sữa bột. Sấy phun là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong quá trình sấy phun, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu, chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình sấy phun gồm ba giai đoạn cơ bản sau:
+ Giai đoạn phun sương là giai đoạn phân tán dòng nhập liệu thành những hạt sương nhỏ li ti vào trong buồng sấy.
+ Giai đoạn trộn nguyên vật liệu cần sấy với không khí nóng, khi đó sẽ diễn ra quá trình bốc hơi nước vào trong nguyên vật liệu.
+ Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau sấy từ dòng khí thoát ra nhờ cyclone thu hồi sản phẩm.
Ưu điểm của sấy phun được thể hiện ở nhiều khía cạnh. Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn, do đó nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy không tăng quá cao. Nhờ đó, sự tổn thất các hợp chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ có trong mẫu là không đáng kể. Sản phẩm sấy phun thu được là những hạt nhỏ có hình dạng và kích thước tương đối đồng nhất. Tỷ lệ khối lượng giữa các cấu tử không bay hơi trong sản phẩm tương tự trong mẫu lỏng ban đầu. Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục. Điều này góp phần làm hiện đại hóa các quy trình sản xuất công nghiệp.
26 Nhược điểm của quá trình sấy phun ở chỗ sản phẩm thu được bị giới hạn, không thể sử dụng mẫu nguyên liệu có độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm thu được có tỷ trọng cao; mỗi thiết bị sấy phun thường được thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù riêng; vốn đầu tư thiết bị sấy phun khá lớn khi so sánh với các thiết bị sấy liên tục khác.
Nhiệt độ cao trong quá trình sấy phun dễ làm mất tính chất của sản phẩm, đặc biệt các sản phẩm bột chứa probiotic, do đó các chất bảo vệ thường được sử dụng trong các trường hợp này. Chất bảo vệ sử dụng trong sấy phun phải thõa mãn một vài yêu cầu. Một là độ tan tốt: nếu chất bảo vệ kém tan trong nước thì chúng sẽ trong không phân bố đều trong dịch lỏng, làm cho khả năng tiếp xúc với chất nền bị hạn chế, dẫn đến hiệu quả bảo vệ sẽ thấp. Hơn nữa, độ tan kém sẽ làm nghẽn đầu phun trong quá trình phun sương. Ngược lại nếu chất bảo vệ tan tốt trong nước, chúng dễ dàng hòa trộn đồng đều trong dịch lỏng, hiệu quả bảo vệ sẽ đạt được kết quả tốt hơn; Hai là khả năng tạo màng tốt: để quá trình bao gói đạt hiệu quả tốt thì chất bao phải có khả năng tạo màng tốt. Nhờ vậy mà khi liên kết với chất nền, chất bao này có thể hình thành một lớp màng bao ngoài chắc chắn và bảo vệ chất nền bên trong; Ba là khả năng tách nước tốt: trong quá trình sấy phun có giai đoạn tách nước trong các hạt được phun sương vào buồng sấy. Nếu chất bao tách nước kém thì độ ẩm của bột thành phần sẽ cao do thời gian lưu trong buồng sấy rất ngắn, lúc đó các hạt thành phẩm có khuynh hướng kết dính lại với nhau ngay, dẫn đến hiện tượng chúng sẽ bám vào thành thiết bị, gây khó khăn cho quá trình thu hồi sản phẩm; Bốn là dung dịch bao trong nước có độ nhớt thấp: độ nhớt của hệ nhũ tương quyết định chất lượng bao gói của sản phẩm khi sấy phun. Nếu dịch nhũ tương có độ nhớt cao sẽ gây trở ngại cho quá trình phun sương, dẫn đến các hạt thành phẩm không đồng đều về kích thước và hiệu quả bao gói thấp. Các chất bao sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bao gồm các loại gum tự nhiên, cacbohydrate, sáp, protein sữa. Trong đó protein sữa và gum được sử dụng nhiều
27 nhất, do đạt được hầu hết các yêu cầu trên nhưng chỉ có tính không tan là không tốt lắm.
Một số hợp chất thường được sử dụng bảo vệ tế bào: aginate và phức hợp của aginate, tinh bột, hỗn hợp xanhthan-genlan, carrageenan và hỗn hợp, gelatin, kết hợp gelatin và aginate, cellulose acetate phethalate (CAP), chitosan, whey protein và các hợp chất khác… Trong đó, whey protein đạt được hầu hết các yêu cầu trên.
1.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng sống của Bifidobacterium
Có một vài yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sống của Bifidobacterium trong các sản phẩm sữa lên men gồm có pH, nồng độ acid lactic và acid acetic, hydrogen peroxide và lượng oxy hòa tan. Tùy thuộc vào chủng vi sinh vật ban đầu, điều kiện lên men, nhiệt độ lưu trữ và cách thức bảo quản mà các yếu tố này tác động mạnh hay yếu [21].
Tuy nhiên, nguyên liệu lên men là yếu tố quan trọng ban đầu trong việc sản xuất và tiêu thụ probiotic. Hàm lượng chất béo, loại protein, carbohydrate và pH của môi trường sẽ ảnh hưởng đến khả năng sống và tồn tại của tế bào vi sinh vật [26]. Ngoài ra, tổng hàm lượng chất khô tối ưu cho quá trình lên men sữa chua là từ 14 – 16% [3].
Bifidobacteria có khả năng tồn tại trong môi trường acid và muối mật ở đường ruột của con người cao hơn vi khuẩn sữa chua. Tuy nhiên, khi được nuôi chung đa phần dẫn đến kết quả sinh trưởng của probiotic là kém hơn khi chúng được nuôi một mình trong sữa [21].
Có thể sử dụng probiotic là tác nhân chính cho quá trình lên men nhưng có thể dẫn đến mất mùi vị đặc trưng của sữa chua [26]. Trong trường hợp đó, probiotic phải được nuôi chung với giống khởi động – tác nhân chính tạo ra mùi vị đặc trưng cho sữa chua. Tuy nhiên, giống khởi động lại sinh ra những chất ức chế vi sinh vật gây hại và cả probiotic. Hiện tượng này liên quan đến việc sản xuất bacteriocin hoặc các chất ức chế khác như acid hữu cơ (acid lactic) và hydrogen peroxide của giống khởi động ([16], [23]). Thêm vào đó, giống khởi động tăng
28 trưởng nhanh hơn, độ chua tăng lên nhanh chóng và thời gian lên men ngắn hơn nhiều và kết quả là làm giảm hàm lượng chất dinh dưỡng sẵn có [23]. Vì vậy, probiotic không kịp tăng trưởng đã bị ức chế. Sự nhạy cảm với acid của
Bifidobacteria trong sữa chua gia tăng theo thời gian bảo quản. Hầu hết các chủng
Bifidobacteria đều nhạy cảm với pH dưới 4,6 [21].
Sấy phun là quá trình phù hợp nhất để tạo sản phẩm bột sữa chua bởi vì quá trình này tạo sản phẩm ổn định và chất lượng tốt. Tuy nhiên, quá trình này cũng được ghi nhận là hầu hết hợp chất hương và đặc tính lưu biến của sữa chua bị mất trong quá trình sấy [11]. Khi sử dụng sấy phun cho việc bảo quản probiotic hầu hết khả năng sống sót bị mất sau vài tuần bảo quản ở nhiệt độ phòng. Điều này liên quan đến stress được tạo ra bởi sự thay đổi nhiệt độ, thay đổi phase và chế độ sấy, những nguyên nhân đó gây ra sự tổn thương màng tế bào và biến tính protein [6]. Mật độ probiotic trong bột sấy phun sữa chua probiotic có sự thay đổi có liên quan nhiều đến nhiệt độ bảo quản [6].
Mặc dù nhiệt độ đầu vào quá trình sấy phun gia tăng có thể làm giảm số lượng tế bào, tuy nhiên ảnh hưởng này là khá nhẹ nhàng và không có tương quan với sự khử hoạt tính. Nguyên nhân là vì sự ức chế tế bào vi sinh vật là quá trình kết hợp cả nhiệt độ và thời gian. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng sự thay đổi nhiệt độ đầu ra sẽ làm giảm lượng vi sinh vật sau sấy phun [19].
Nhiệt độ đầu ra là thông số sấy quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng sống của vi sinh vật sau sấy phun. Thông số này phụ thuộc vào nhiệt độ đầu vào, tốc độ thổi khí, tốc độ nhập liệu, thành phần môi trường và kích cỡ phun. Khả năng sống của tế bào vi sinh vật cao khi nhiệt độ đầu ra thấp đã được ghi nhận tại nhiều nghiên cứu.
Màng tế bào chất là phần nhạy cảm nhất khi quá trình dehydrate hóa xảy ra. Cấu trúc lipid kép không bền nhiệt động [18]. Bên cạnh đó, trong suốt quá trình sấy phun, tế bào tiếp xúc với một luồng không khí lớn và quá trình oxy hóa lipid cũng xảy ra.
29 Điều kiện bao gói và bảo quản ảnh hưởng đến khả năng sống của tế bào sau khi sấy. Nhiệt độ là thông số quan trọng ảnh hưởng đến khả năng sống trong quá trình bảo quản [19]. Oxy hóa lipid của acid béo màng tế bào được xem là cơ chế giải thích cho sự chết tế bào trong quá trình bảo quản [6].
Khi sử dụng B. bifidum cho sản phẩm bột sấy phun sữa chua probiotic điều đặc biệt quan tâm là lượng oxy hòa tan trong sản phẩm là càng thấp càng tốt và tốt nhất là không có. Vì chính lượng oxy hòa tan này là nguyên nhân sinh ra lượng hydrogen peroxide càng lớn và là nguyên nhân gây chết vi khuẩn này trong sản phẩm.
1.6. Các biện pháp cải thiện khả năng sống của Bifidobacterium1.6.1. Tương tác sinh học 1.6.1. Tương tác sinh học
Vi khuẩn sữa chua tăng trưởng nhanh hơn vi khuẩn probiotic trong suốt quá trình lên men, sản phẩm acid hữu cơ ức chế và làm giảm số lượng tế bào vi khuẩn probiotic. Vì thế quá trình lên men sữa chua có 2 giai đoạn cần nghiên cứu [13]. Giai đoạn đầu lên men bởi vi khuẩn probiotic trong 2giờ, thời gian này cho phép vi khuẩn probiotic tiến tới cuối pha thích nghi hoặc đầu pha tăng trưởng [23]. Từ số lượng vi khuẩn probiotic ban đầu khi áp dụng quá trình này có thể tăng từ 4 đến 5 lần trong sản phẩm cuối cùng. Số lượng tế bào probiotic sau 6 tuần bảo quản lớn 107 CFU/g [23].
Trong những vi khuẩn lactic, giống khởi động Streptococcus có hoạt tính lactase cao nhất. Lactase hay β-D-galactosidase (β-gal) là một enzyme nội bào và tế bào vi sinh vật nguyên vẹn giải phóng một lượng rất nhỏ lactase ra ngoài.
Enzyme này khi được giải phóng ra vào trong sữa sẽ thủy phân lactose ra thành glucose và galactose, có thể được sử dụng bởi L. acidophilus và Bifidobacterium
spp. Giống khởi động bị tổn thương cũng giảm lượng tế bào sống tổng số và vì vậy giảm lượng hydrogen peroxide được sản xuất bởi chúng cũng giảm [24].
Mật độ tế bào sống giống khởi động giảm 2 log và vi khuẩn probiotic tăng 1 - 2 log trong sữa chua làm từ tế bào giống khởi động bị tổn thương và tế bào
30 probiotic nguyên vẹn. Việc gây tổn thương tế bào giống khởi động giúp giải phóng ra lượng enzyme β – gal cao, đồng thời giảm lượng hydrogen peroxide trong quá trình lên men, kết quả làm tăng cao lượng tế bào sống vi khuẩn probiotic. Bên cạnh đó, điều đáng chú ý là lượng acetaldehyde được tạo ra là bằng nhau ở cả tế bào giống khởi động bị tổn thương và nguyên vẹn [24].
1.6.2 Đáp ứng stress
Bản thân quá trình lên men sữa chua cũng có thể được xem là quá trình đáp ứng với acid [17]. Bên cạnh đó, canh trường vi sinh vật ở pha cân bằng có khả năng chịu đựng cao với nhiều loại stress khác nhau hơn ở pha tăng trưởng, bởi vì tại pha cân bằng đã khan hiếm nguồn cacbon và nguồn thức ăn sẵn có giảm dần gây ra sự thích ứng stress trước khi sấy phun [18].
1.6.3 Bổ sung cơ chất hỗ trợ
Gần đây, những nhà nghiên cứu đã tập trung vào những thành phần tự nhiên như fructooligosaccharide (FOS) và whey protein concentrate (WPC) là những chất thay thế béo và kích thích tăng trưởng vi khuẩn probiotic. Việc bổ sung FOS và WPC được chứng minh là tăng cường khả năng sống của vi khuẩn probiotic [9]. FOS được tìm thấy là prebiotic có hiệu quả nhất trong việc duy trì khả năng sống của probiotic trong sữa chua. Tuy nhiên, khi sữa chua được sấy thăng hoa, thì việc bổ sung này dường như làm giảm khả năng sống của probiotic [20].
Prebiotic được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia là inulin và oligofructose. Oligofructose có giá trị năng lượng thấp hơn các carbonhydrate khác vì liên kết điển hình là β (12). Liên kết này không bị phân hủy bởi enzyme trong đường ruột của con người [22]. Theo cách đó, chúng có thể đi qua miệng, bao tử và ruột non mà không bị phân hủy. Chúng ngăn cản sự phát triển của các vi sinh vật gây hại bởi việc giảm pH do hình thành các acid béo mạch ngắn như acid acetic, propionic, pyruvic tại thời điểm cuối của quá trình lên men. Chúng cũng làm giảm lượng triglyceride và cholesterol trong máu [10].
31 Khi bổ sung oligofructose không nhận thấy có sự khác biệt đáng chú ý về thành phần hóa học so với mẫu đối chứng. Tuy nhiên, cấu trúc và giá trị acid hữu cơ tạo ra thì có khác biệt quan trọng. Điểm cảm quan của mẫu đối chứng là cao hơn so với những mẫu sữa chua khác. Tuy nhiên điểm cảm quan đối với những mẫu có bổ sung FOS là chấp nhận được [22].
Shin, Lee, Pestka và Ustunol (2000) tìm thấy rằng khả năng sống của
Bifidobacterium spp. trong sữa gầy được cải thiện 55,7% sau 4 tuần ở điều kiện