Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 1 MỤC LỤC Lời nói đầu 1. Giới thiệu 1 1.1 Probiotic 1 1.1.1 Lịch sử, khái niệm và các loài Bifidobacteria 1 1.1.2 Nguyên tắc phân loại 2 1.2 Bifidobacteria 2 1.2.1 Khái niệm và các chủng của loài Bifidobacteria 2 1.2.2 Các chủng có giá trị thương mại 8 1.2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn chủng vi khuẩn 10 2. Quá trình công nghệ thu nhận probiotic bifidobacteria 12 2.1 Môi trường nuôi cấy và các điều kiện 12 2.1.1 Môi trường nuôi cấy tiêu chuẩn 12 2.1.2 Môi trường nuôi cấy thay thế 13 2.2 Lên men 16 2.2.1 Các hình thức lên men 16 2.2.2 Canh trường tế bào lên men tự do truyền thống 20 2.2.3 Ảnh hưởng các tính chất công nghệ đến đặc tính của tế bào 22 2.3 Vi lọc 24 2.3.1 Mô hình sợi 24 2.3.2 Hệ thống thiết bị phản ứng sinh học membrane 25 2.4 Rửa và bổ sung phụ gia 25 2.5 Hình thành sản phẩm 26 2.5.1 Môi trường dạng lỏng 26 2.5.2 Môi trường dạng lạnh đông 26 2.5.3 Môi trường dạng sấy khô 27 3. Tiêu chuẩn chất lượng 29 4. Thành tựu công nghệ 30 4.1 Đánh giá chủng Bifidobacteria spp trong việc sản xuất các probiotic tiềm năng trên môi trường đồ uống malt – base 30 4.2 Đánh giá tính an toàn của probiotic bifidobacteria bằng cách phân tích hoạt tính thủy phân mucin và khả năng chuyển vị 32 5. Phụ lục 37 5.1 Tác dụng của probiotic đối với sức khỏe con người 37 5.2 Bảo quản sản phấm 40 5.3 Những sản phẩm công nghệ bổ sung probiotic bifidobacteria 42 6. Tài liệu tham khảo 47 Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 2 DANH SÁCH HÌNH Hình 1. Những tế bào Bifidobacterium trên biểu mô ruột 3 Hình 2. Mối quan hệ giữa các chủng của loài bifidobacteria 6 Hình 3. Bifidobacterium adolescentis 7 Hình 4. Bifidobacterium bifidum 8 Hình 5. Bifidobacterium breve 9 Hình 6. Bifidobacterium longum 10 Hình 7. Quá trình lên men liên tục hai giai đoạn để sản xuất probiotic thích ứng với stress. 19 Hình 8. Cấu tạo mô hình sợi 1 24 Hình 9. Cấu tạo mô hình sợi 2 24 Hình 10. Thiết bị phản ứng sinh học membrane 25 Hình 11. Sản phẩm Activia dạng chai và Activia yogurt 42 Hình 12. Sản phẩm Align 43 Hình 13. Sản phẩm Bifidus yogurt 43 Hình 14. Sản phẩm Good start natural cultures 44 Hình 15. Sản phẩm Nutrish 44 Hình 16. Pobiotic ice-cream, Nước giải khát probiotic whey, Bio-kefir 45 Hình 17. Sản phẩm Teddy 45 Hình 18. Sản phẩm Yo-plus yogurt 46 Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 3 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1. Những vi sinh vật được sử dụng làm probiotic ở người 2 Bảng 2. Các chủng của loài bifidobacteria 4 Bảng 3. Các nhà cung cấp vi sinh vật sản xuất probiotic 7 Bảng 4. Môi trường nuôi cấy chuẩn 12 Bảng 5. Ảnh hưởng các yếu tố sinh trưởng lên sự phát triển của Bifidobacterium trong môi trường whey bơ 15 Bảng 6. Dữ liệu sản xuất Bifidobacteria trong những hệ thống lên men và điều kiện môi trường khác nhau 20 Bảng 7. Một số phụ gia chống đông có thể sử dụng được 26 Bảng 8. Những tiêu chuẩn mong muốn và then chốt trong việc lựa chọn những probiotic trong ứng dụng thương mại 29 Bảng 9. Các thông số động lực cho sự phát triển của Bifidobacterium spp 31 Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 4 1. Giới thiệu 1.1 Probiotic 1.1.1 Lịch sử, khái niệm và các tính chất 1.1.1.1 Lịch sử • Probiotic được dùng để chỉ những vi sinh vật có lợi cho người và động vật do Dr.Eli Metchinikoff, một nhà khoa học người Nga đạt giải Nobel năm 1908, đưa ra khi ông nghiên cứu về vai trò của những vi khuẩn có lợi trong đường ruột. • Cũng vào thời điểm đó, Henry Tissier, một bác sĩ khoa nhi người Pháp, đã quan sát trong phân những đứa trẻ bị tiêu chảy có một số lượng ít vi khuẩn lạ, hình Y, là những vi khuẩn “bifid” ngược lại chiếm số lượng lớn trong những đứa trẻ khỏe mạnh. Và ông cho rằng những con vi khuẩn này có khả năng chống lại bệnh tiêu chảy giúp khôi phục hệ thống vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh. 1.1.1.2 Khái niệm • Có thể định nghĩa probiotic như sau: “Probiotic là một hay hỗn hợp nhiều vi khuẩn mà khi cung cấp cho người hay động vật thì mang lại những hiệu quả có lợi cho vật chủ bằng cách tăng cường các đặc tính của vi sinh vật trong hệ tiêu hóa”. • Đặc điểm cơ bản probiotic o Probiotic là những vi sinh vật sống. o Khi các probiotic được cung cấp với liều lượng thích hợp thì mang lại những hiệu quả mong muốn. 1.1.1.3 Vai trò  Thủy phân lactose, tăng sự hấp thu lactose.  Tăng “thành bảo vệ” miễn dịch, một số có khả năng kích thích cả miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu, cùng với việc sinh ra S-IgA ở màng nhầy.  Kìm hãm sự phát triển của các vi khuẩn, virus, nấm có hại.  Có khả năng chịu được acid dạ dày, muối mật, có khả năng xâm chiếm đường ruột, bám vào màng nhầy ruột do đó hạn chế sự có mặt của vi sinh vật có hại.  Sinh ra các chất chống lại vi sinh vật gây bệnh (như Samonella, E.coli, Clostridium…)  Phòng và chữa một số bệnh đường tiêu hóa: tiêu chảy, táo bón, ung loét dạ dày…  Giảm triệu chứng dị ứng, triệu chứng không dung nạp được lactose.  Tổng hợp một số vitamin, giảm cholesterol Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 5  Ngăn chặn ung thư đường ruột, ung thư ruột kết. 1.1.2 Nguyên tắc phân loại Hiện nay, các chủng vi khuẩn được sử dụng với vai trò là các probiotic chủ yếu thuộc Lactobacillus và Bifidobacterum, ngoài ra Enterococcus và Streptococus cũng được sử dụng ít hơn. Những vi khuẩn này thường cư trú trong ruột. Một số chủng tiêu biểu bao gồm Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus rhamnosus, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum. Bên cạnh những vi khuẩn còn có nấm men Saccharomyces boulardii cũng được xem là probiotic. Bảng 1: Những vi sinh vật được sử dụng làm probiotic ở người Chủng Lactobacillus Chủng Bifidobacterium Các chủng vi khuẩn lactic khác Các loài vi sinh vật khác L. acidophilus L. amylovocus L. casei L. crispatus L. gallinarum L. gasseri L. johnsonii L. paracaseii L. plantarum L. reuteri L. rhamnosus L. salivarius B. adolescentis B. alimalis B. bifidum B. breve B. infantis B. lactis B. longum Enterococcus faecalis Enterococcus faecium Lactococus lactis Leuconostoc mesenteroides Pediococus acidilactici Sporolactobacillus inulinus Streptococus thermophilus Bacillus cereus Escherichia coli Propionibacterium freudenreichii Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces boulardii (Taylor & Francis, 2004) 1.2 Bifidobacteria 1.2.1 Khái niệm và các loài bifidobacteria 1.2.1.1 Khái niệm Chủng bifidobacterium theo truyền thống được xếp chung với LAB, là hệ thống phát sinh liên quan đến LAB thật. Nó thuộc ngành Atinobacteria, lớp Actinobacteria, bô bifidobacteriales, họ bifidobacteriaceae. Họ hàng của nó là Aeriscardovia, Gardnerella, Parascardovia, và Scardovia. Những loài của chủng đó sử dụng con đường trao đổi chất để phân hủy hexoses nên được gọi là “bifid shunt”, đó là sự khác biệt với Lactobacillus và các chủng liên quan. Enzym được xem như là đặc tính phân loại của nhóm là fructose-6-phosphoketolase(EC 4.1.2.2). Chủng hiện tại bao gồm khoảng 30 loài. Thành phần GC trong hệ gen khác nhau từ 42-67%mol, thuộc nhóm vi khuẩn gram dương cao GC. Nhóm vi khuẩn có những đặc tính probiotic thuộc các loại Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 6 Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve và Bifidobacterium longum. Hình 1: Những tế bào bifidobacterium trên biểu mô ruột (Trích từ Centre of Excellence for Knowledge Transfer, Research and Education in Food and Health for Central and Eastern Europe) • Bifidobacteria có chủ yếu ở trong ruột kết của người và động vật, nhất là ở trẻ mới sinh được nuôi bằng sữa mẹ. Số lượng của chúng trong ruột kết khá ổn dịnh cho đến khi về già thì số lượng giảm đi. • Một số tính chất chung của các loài thuộc Bifidobacteria: o Gram dương, kị khí, không chuyển động, không sinh bào tử, catalase âm o Có nhiều hình dạng: que cong ngắn, hình gậy, hình chữ Y. o Sinh acid lactic, không tạo CO 2 trừ quá trình phân giải gluconate. • Nhiệt độ và pH tối ưu o Nhiệt độ tối ưu cho Bifidobacteria phá triển: T opt : 37 – 41 o C và không thể phát triển dưới 20 o C và trên 46 o C. Sự phát triển tại nhiệt độ là Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 7 45 o C dường như có thể phân biệt rõ ràng giữa chủng Bifidobacteria từ người và từ vật. Chỉ trừ trường hợp của B. thermacidophilum có thể phát triển tại điều kiện nhiệt độ 49.5 o C (ưa ấm). o Bifidobacteria là vi khuẩn đường ruột chịu được acid. pH opt vào khảng 6.5 -7.0, không phát triển tại khoảng pH được ghi nhận là dưới 4.5 (trừ B. thermacidophilum có thể sống ở pH xuống khoảng 4) và trên 8.5. Bifidobacteria là vi sinh vật kỵ khí tuy nhiên độ nhạy với oxy có thể khác nhau tùy loài. • Cho đến nay đã có 30 loài thuộc Bifidobacteria được phân lập. Bifidobacteria được sử dụng như các probiotic gồm Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium thermophilus, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum… 1.2.1.2 Các chủng của loài bifidobacteria Bảng 2: Các chủng của loài bifidobacteria Loài Bifidobacteria Nguồn B. adolescentis Phân của trẻ em và người lớn, ruột thừa B. angulatum Phân người lớn B. animalis Phân của thỏ, chuột, gà, bê B. asteroids Mật ong B. bifidum Phân của trẻ em và người lớn B. boum Chất cặn trong dạ cỏ của động vật nhai lại B. breve Phân trẻ em B. catenulatum Phân trẻ em và người lớn B. choerinum B. coryneforme Mật ong B. cuniculi Phân thỏ B. denticolens Răng sâu của con người B. dentium Răng sâu của người, phân người lớn B. gallicum Phân người trưởng thành B. gallinarium Phân gà B. infantis Phân trẻ em B. inopinatum Răng sâu của người B. lactis Sữa đã lên men B. longum Phân người lớn và trẻ em B. magnum Phân thỏ B. merycicum Dạ cỏ động vật nhai lại B. minimum Nước cống B. pseudocatenulatum Phân trẻ em B. pseudolongum ssp. Phân của chuột, gà, bê, dạ cỏ của động vật nhai lại Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 8 B. psychraerophilum Manh tràng của heo B. pullorum Phân gà B. ruminantium Dạ cỏ của động vật nhai lại B. saeculare Phân thỏ B. scardovii Phân người trưởng thành B. subtile Nước cống B. suis B. thermacidophilum Kỵ khí trong hệ tiêu hóa B. thermophilum Phân gà, bê, dạ cỏ của động vật nhai lại B. thermacidophilum ssp. porcinum Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 9 Hình 2: Mối quan hệ giữa các chủng của loài Bifidobacteria Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 10 1.2.1.3 Các nhà cung cấp vi sinh vật sản xuất probiotic Bảng 3: Các nhà cung cấp vi sinh vật sản xuất probiotic Nhà sản xuất Chủng probiotic Cargill (Minneapolis, Mỹ) Bifidobacterium animalis subsp. Lactis Bf-6 Bifidobacterium bifidum BF2 Bifidobacterium breve BR2 Bifidobacterium infantis BT Bifidobacterium lactis BL2 Cell Biotech Europe (Copenhagen, Đan Mạch) Bifidobacterium longum BG3 Chr Hansen (Hφrsholm, Đan Mạch) Bifidobacterium lactis BB12 Bifidobacterium animalis subsp. Lactis B-420 Danisco (Copenhagen, Đan Mạch) Bifidobacterium lactis HN019 DSM (Heerlen, Hà Lan) Bifidobacterium LAFTI B94 Bifidobacterium breve M16V Bifidobacterium infantis M-63 Bifidobacterium longum BB536 Morinaga (Tokyo, Nhật Bản) Bifidobacterium pseudolongum M-602 1.2.2 Các loài có giá trị thương mại 1.2.2.1 Bifidobacterium adolescentis Thuộc nhóm được tách ra từ phân của người lớn, trẻ em và ruột thừa. Hệ thống phân nhóm liên quan đến Bifidobacterium angulatum, Bifidobacterium catenulatum, Bifidobacterium dentium, Bifidobacterium merycicum, Bifidobacterium pseudocatenulatum and Bifidobacterium ruminantium và rất khó khăn để phân biệt kiểu hình của nó với Bifidobacterium dentium. Nó được đặc trưng bởi thành phần gen GC khoảng 58% trong khi amino acid thành tế bào chứa amino acid Lys (Orn) – D-Asp. Chủng được tách từ ruột người là ATCC 15703 T (= DSM 20083 T = LMG 10502 T ). Hình 3: Bifidobacterium adolescentis [...]... Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria Lược đồ quy trình sản xuất probiotic 2.2 Lên men 2.2.1 Các hình thức lên men Lên men theo mẻ hoặc lên men theo mẻ có bổ sung cơ chất là những quá trình sản xuất được ưa thích hơn cả trong công nghiệp sữa, bởi vì lên men liên tục đòi hỏi những bước cô đặc có chi phí cao; tuy nhiên, có những phát triển mới trong những lĩnh vực này Với phương pháp lên. .. peroxide, các bacteriocin -13 - Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria − Khả năng sinh D-lactic acid − Có thể sử dụng kết hợp với các vi sinh vật khác 1.2.3.4 Tính an toàn − Không gây độc, không ảnh hưởng xấu đến sức khỏe - Kiểm tra bằng liều gây chết trên động vật -14 - Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria 2 Qui trình công nghệ thu nhận probiotic bifidobacteria 2.1 Môi trường... phương pháp lên men theo mẻ, tất cả cơ chất và giống vi sinh vật được trộn trong thiết bị lên men Thiết bị lên men có nhiệt độ và pH được điều khiển cho phù hợp với những điều kiện phát triển tối ưu Khi nồng độ probiotic đạt đến mức mong muốn, quá trình sẽ dừng lại, tất cả các tế bào -19 - Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria được thu gom và quá trình lại được lặp lại Tùy thu c vào khối... hơn khi sử dụng -20 - Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria thiết bị phản ứng có membrane tương phản với lên men B bifidum tế bào cố định Schiraldi và cộng sự (2003) báo cáo về nồng độ tế bào được gia tăng và sản xuất có sự trao đổi chất trong một thiết bị phản ứng có màng membrane tương tự Những hướng nghiên cứu khác đang gia tăng trong việc thực hiện quá trình lên men là cố định các vi... thu c vào khối lượng được yêu cầu mà các thiết bị lên men có thể lớn đến 10000 L Lên men theo mẻ có bổ sung cơ chất cho phép thêm vào một lượng giới hạn cơ chất trong suốt quá trình lên men, và kỹ thu t này thường được sử dụng để gia tăng nồng độ vi khuẩn Việc sản xuất môi trường probiotic trong phương pháp lên men theo mẻ có bổ sung cơ chất có điểm thu n lợi là các exopolysaccharide ít được tạo thành... các quá trình tiếp sau này (Doleyres và cộng sự, 2004b) Một vấn đề trong việc nuôi cấy canh trường có probiotic trong công nghiệp là tạp chất sinh ra bởi vật ăn vi khuẩn (bacterophages), đặc biệt khi lên men với các sản phẩm sữa nguyên liệu, mà được sử dụng trong ngành công nghiệp bơ Cho đến năm 1995, bifidobacteria được cho rằng không tác động đối với các phage, -21 - Quá trình lên men thu nhận probiotic. .. điển của sữa với canh trường thu n khiết của bifidobacteria có hoặc không có kiểm soát pH, những yếu tố chính giới hạn sự phát triển là sự tích lũy những sản phẩm cuối của quá trình -23 - Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria trao đổi chất như lactic, acid acetic, và việc tháo xả nước cốt môi trường (Desjardins, Roy, Toupin & Goulet, 1990) Những nghiên cứu về bifidobacteria phát triển trong... bào và ngoại bào sẽ tăng lên khi nhiệt độ giảm dưới điểm eutectic -29 - Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria • Có hai cách thức làm lạnh là làm lạnh chậm và làm lạnh nhanh o Làm lạnh chậm, quá trình khử nước tế bào diễn ra từ từ khi sự đóng băng xảy ra chậm ngoài tế bào ảnh hưởng lớn đến tế bào o Làm lạnh nhanh có thể tránh ảnh hưởng đến chất tan và sự co tế bào quá mức (Fowler & Toner,... ung thư -32 - Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria 4 Thành tựu công nghệ 4.1 Đánh giá chủng Bifidobacterium spp trong việc sản xuất các probiotic tiềm năng trên môi trường đồ uống malt-base 4.1.1 Giới thiệu Chất thủy phân malt, mà bắt chước thành phần của cái được sản xuất trong nhà máy bia bắng phương pháp pha trộn, được đánh giá là cơ chất tiềm năng cho việc lên men bifidobacteria. .. và cộng sự, 2002b) Nghiên cứu này cũng trình bày năng suất theo thể tích cao nhất đối với B longum là 6,9.109 cfu/ml/h Tuy nhiên, nồng độ cao này đạt được bằng cách sử dụng tỉ lệ pha loãng khoảng 2 h–1 mà điều này làm cho tế bào không được thành Trong quá trình lên men hai giai đoạn, dòng lưu chất từ thiết bị lên men thứ nhất chảy vào thiết bị lên men thứ hai Lên men hai giai đoạn có thể gia tăng số . Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 19 Lược đồ quy trình sản xuất probiotic 2.2 Lên men 2.2.1 Các hình thức lên men Lên men theo mẻ hoặc lên men theo. porcinum Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 9 Hình 2: Mối quan hệ giữa các chủng của loài Bifidobacteria Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria. độ probiotic đạt đến mức mong muốn, quá trình sẽ dừng lại, tất cả các tế bào Quá trình lên men thu nhận probiotic bifidobacteria . - - 20 được thu gom và quá trình lại được lặp lại. Tùy thu c