Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein từ phế liệu tôm
- 95 trang
- file .pdf
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
LÊ THỊ THANH
NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC
GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHẾ BIẾN LƢƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
HUẾ - 2018
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
LÊ THỊ THANH
NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC
GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHẾ BIẾN LƢƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số: 8540101
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. ĐỖ THỊ BÍCH THỦY
HUẾ - 2018
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của
PGS.TS. Đỗ Thị Bích Thủy. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung
thực, một phần đã đƣợc công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý
và cho phép của các đồng tác giả. Phần còn lại chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Lê Thị Thanh
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn ngoài sự nỗ
lực và đam mê của bản thân, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ, động viên của quý
thầy cô, gia đình và bạn bè.
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đỗ Thị Bích Thủy
đã định hƣớng nghiên cứu và tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình học tập và thực
hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo, Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Huế
đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá
trình làm nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Chủ nhiệm Khoa, các thầy cô giáo
trong khoa Cơ khí - Công nghệ, trƣờng Đại học Nông Lâm Huế đã luôn quan tâm,
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi học ở trƣờng và thực hiện đề
tài luận văn.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình và bạn bè đã luôn ở
bên để động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học
tập và nghiên cứu vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Lê Thị Thanh
iii
TÓM TẮT
Nghiên cứu một số thông số công nghệ thích hợp để thủy phân và lên men phế
liệu tôm bởi chủng B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 và đề xuất quy trình sản xuất
chế phẩm probiotic giàu carotenprotein từ PLT. Kết quả của đề tài làm tiền đề cho
nghiên cứu xử lý PLT kết hợp hai chế phẩm vi sinh nhằm tạo ra chế phẩm probitic
giàu carotenoprotein có khả năng ứng dụng trong chăn nuôi. Các phƣơng pháp đƣợc
sử dụng để phân tích các chỉ tiêu trong quá trình nghiên cứu và thực hiện nội dung đề
tài: phƣơng pháp tăng sinh và nuôi cấy để thu nhận sinh khối tế bào, xác định số tế bào
sống bằng phƣơng pháp đếm khuẩn lạc trên đĩa thạch, xác định hoạt độ protease bằng
phƣơng pháp Ason cải tiến, xác định hàm lƣợng protein tổng số bằng phƣơng pháp
Kjeldahl, xác định hàm lƣợng nitơ formol bằng phƣơng pháp sorensen, xác định hoạt
tính kháng oxy hóa bằng phƣơng pháp DPPH, xác định hàm lƣợng astaxanthin trong
phế liệu tôm và xác định độ ẩm bằng phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi.
Các thông số công nghệ thích hợp để xử lý PLT trong quy trình sản xuất chế
phẩm probiotic giàu carotenprotein: tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10
gieo cấy ban đầu vào PLT là 1:2. Nhiệt độ lên men 35oC và thời gian lên men 24 giờ.
Sau khi xác định đƣợc các thông số để xử lý PLT, chúng tôi tiếp tục khảo sát tỷ lệ phối
trộn dịch carotenoprotein thu đƣợc từ quá trình lên men vào chất mang bã sắn khô,
thực hiện sấy chế phẩm ở nhiệt độ 35oC trong 5 giờ và đã xác định đƣợc tỷ lệ phối trộn
thích hợp là 1:4 thông qua các chỉ tiêu mật độ tế bào sống (9,45 lg CFU/g), hoạt độ
protease (28,74 UI/ml), hàm lƣợng astaxanthin (4,2 µg/g) và độ ẩm (6,9%) đạt yêu cầu
của chế phẩm. Xây dựng đƣợc quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu
carotenoprotein từ phế liệu tôm.
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ......................................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ....................................................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài .............................................................................................................2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .....................................................................................2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC ..............................................................................3
1.1.1. Khái niệm probiotic ............................................................................................... 3
1.1.2. Tác dụng của probiotic .......................................................................................... 3
1.2. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC ................................................................ 5
1.2.1. Khái niệm vi khuẩn lactic ......................................................................................5
1.2.2. Ứng dụng của vi khuẩn lactic ................................................................................6
1.2.3. Lactobacillus fermentum .......................................................................................8
1.3. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN BACILLUS ............................................................ 9
1.3.1. Giới thiệu về Bacillus ............................................................................................ 9
1.3.2. Đặc điểm chung ...................................................................................................10
1.3.3. Bacillus subtilis ...................................................................................................10
1.4. PHẾ LIỆU TÔM .....................................................................................................13
1.5. PHỨC HỢP CAROTENOPROTEIN VÀ ASTAXANTHIN ................................ 13
1.5.1. Nguồn gốc và bản chất của chế phẩm caroten-protein ........................................13
1.5.2. Astaxanthin và các ứng dụng ..............................................................................14
v
1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI....................................16
1.6.1. Trên thế giới ........................................................................................................16
1.6.2. Ở Việt Nam..........................................................................................................20
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 24
2.1. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .......................................................24
2.1.1. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 24
2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu .......................................................................................... 24
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................24
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................25
2.3.1. Phƣơng pháp vi sinh ............................................................................................ 25
2.3.2. Phƣơng pháp hóa sinh ......................................................................................... 26
2.3.3. Phƣơng pháp vật lý .............................................................................................. 28
2.3.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm để thực hiện nội dung nghiên cứu .....................29
2.3.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ...................................................................................34
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................36
3.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA PHẾ LIỆU TÔM .............................................36
3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ GIỮA B. subtilis C10
VÀ L. fermentum TC10 GIEO CẤY BAN ĐẦU VÀO PHẾ LIỆU TÔM ĐẾN CHẤT
LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN ...................37
3.2.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hoạt độ enzyme protease ..........................................................................37
3.2.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến mật độ tế bào sống ...................................................................................39
3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hoạt tính kháng oxy hóa ...........................................................................40
3.2.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu...........................................41
3.2.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hàm lƣợng nitơ formol .............................................................................42
3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN MEN ĐẾN
CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN .......43
vi
3.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt độ protease ......................................43
3.3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến mật độ tế bào sống ..................................44
3.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa .......................... 45
3.3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với
ban đầu ............................................................................................................. 46
3.3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng nitơ formol ............................ 47
3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN LÊN MEN ĐẾN
CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN .....48
3.4.1. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt độ protease .....................................49
3.4.2. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến mật độ tế bào sống .................................50
3.4.3. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa ......................... 51
3.4.4. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban
đầu .................................................................................................................................52
3.4.5. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng nitơ formol ........................... 54
3.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ PHỐI TRỘN DỊCH
CAROTENOPROTEIN VÀO CHẤT MANG ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ
PHẨM PROBIOTIC ......................................................................................................55
3.5.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến mật độ tế
bào sống ......................................................................................................................... 55
3.5.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến hoạt độ
protease, hàm lƣợng astaxanthin và độ ẩm chế phẩm ...................................................56
3.6. THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU
CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM ............................................................. 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................60
KẾT LUẬN ...................................................................................................................60
ĐỀ NGHỊ .......................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61
PHỤ LỤC
vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ANOVA Analysis of Variance
AA Activity of Amylase
BOD Biochemical Oxygen Demand
CFU Colony-forming Unit
COD Chemical Oxygen Demand
ĐC Đối chứng
DDA Deacety hóa
DH Degree of Hydrolysis
DO Dissolved Oxygen
DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl
FBC Fat Binding Capacity
LAB Lactic acid bacteria
OD Optical Density
PA Protease Activity
PFCP Peptide from Carotenoprotein
PLT Phế liệu tôm
SF Submerged Fermentation
SSF Solid - State Fermentation
UI International Unit
VK Vi khuẩn
VSV Vi sinh vật
WBC Water Binding Capacity
viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm ...............................................36
Bảng 3.2. Thông số thích hợp cho quá trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu
carotenoprotein từ PLT bởi B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 ............................. 54
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến hoạt
độ protease, hàm lƣợng astaxanthin và độ ẩm chế phẩm ..............................................56
ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Vi khuẩn Lactobacillus fermentum .................................................................8
Hình 1.3. Khuẩn lạc Bacillus subtilis trên môi trƣờng thạch ........................................11
Hình 1.2. Tế bào Bacillus subtilis sau khi nhuộm gram................................................11
Hình 1.4. Công thức cấu tạo astaxanthin .......................................................................14
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10
và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến chất lƣợng của chế phẩm
probiotic giàu carotenoprotein......................................................................................... 29
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến chất
lƣợng của chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .....................................................31
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian lên men đến
chất lƣợng của chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein ...............................................33
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch
carotenprotein với chất mang đến chất lƣợng của chế phẩm probiotic giàu
carotenoprotein ...............................................................................................................35
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hoạt độ protease ................................................................................38
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến mật độ tế bào sống ............................................................................39
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hoạt tính kháng oxy hóa ....................................................................40
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu ....................................41
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hàm lƣợng nitơ formol ......................................................................42
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt độ protease .................................44
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến mật độ tế bào sống ............................. 45
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa .....................46
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban
đầu .................................................................................................................................47
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng nitơ formol .....................48
x
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt độ protease .............................. 49
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian đến mật độ tế bào sống ........................................51
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa ..................52
Hình 3.14. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với
ban đầu ........................................................................................................................... 53
Hình 3.15. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng nitơ formol .....................54
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến mật
độ tế bào sống ................................................................................................................55
Hình 3.18. Bột sắn khô ..................................................................................................57
Hình 3.17. Dịch carotenoprotein ...................................................................................57
Hình 3.19. Chế phẩm trƣớc và sau khi sấy....................................................................57
Hình 3.20. Quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .....................58
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp có ngành chăn nuôi phát triển và có đóng
góp to lớn vào sự phát triển kinh tế của đất nƣớc. Vì vậy, vấn đề nâng cao năng suất,
chất lƣợng sản phẩm và cải thiện môi trƣờng chăn nuôi rất đƣợc quan tâm ở nƣớc ta
hiện nay. Việc lạm dụng kháng sinh của ngƣời chăn nuôi đang trở thành vấn đề nan
giải. Hệ quả là lƣợng tồn dƣ kháng sinh có trong thực phẩm không chỉ ảnh hƣởng đến
vật nuôi mà còn nguy hại đến sức khỏe con ngƣời khi tiêu thụ thực phẩm.
Để hạn chế và tiến tới loại bỏ kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi, sử dụng
probiotic là một trong những giải pháp thay thế kháng sinh quan trọng. Probiotic là
những vi khuẩn có ích hoặc nấm men khi đƣa vào cơ thể một liều lƣợng vừa đủ sẽ sản
sinh ra các enzyme tiêu hóa, các vitamin và các chất có hoạt tính kháng khuẩn, tạo ra
những tác động tích cực đối với quá trình tiêu hóa, giúp hấp thu dƣỡng chất tốt hơn
(FAO/WHO, 2001) [66].
Các loài Bacillus và Lactobacillus đƣợc xem là những đối tƣợng giàu tiềm năng
để sản xuất probiotic. Do Bacillus không chỉ có khả năng sinh bào tử để chống chịu
với điều kiện môi trƣờng bất lợi (Sanders và cs, 2003, Hong và cs, 2005) [73], [109],
mà còn có thể sinh chất kháng sinh, chất kháng khuẩn kìm hãm VSV (vi sinh vật) gây
bệnh (Sanders và cs, 2003) [109]. B. subtilis sinh ra rất nhiều loại enzyme, đặc biệt là
amylase và protease kiềm có giá trị cao. Ngoài ra, B. subtilis có khả năng sinh ra
riboflavin (tiền vitamin B2) (Nguyễn Lân Dũng và cs, 2001) [4]. Lactobacillus đƣợc
biết đến là nhóm VK (vi khuẩn) có chức năng probiotic có nhiều tác động có lợi cho
sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ động vật. Khả năng sinh tổng hợp bacterioxin của VK
lactic làm cho chúng ức chế các VK gây bệnh đƣờng ruột (Đỗ Thị Bích Thủy, 2014)
[25]. L. fermentum là VK có khả năng chống chịu trong dịch dạ dày, dịch ruột non,
kháng các VSV gây bệnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, tăng khả năng kháng oxy hóa
(Gotteland và cs, 2006; Garcia và cs, 2009; Garcia và cs, 2012) [67],[68],[69].
Trong công nghệ chế biến thuỷ sản xuất khẩu của Việt Nam, công nghệ chế
biến tôm tạo ra một lƣợng lớn PLT (phế liệu tôm) bao gồm đầu tôm và vỏ tôm. Lƣợng
này thƣờng chiếm 50-70% nguyên liệu ban đầu. PLT là nguồn cung cấp protein, chitin
và carotenoids (Holanda và Netto, 2006) [72]. Trong đó, carotenoid đƣợc biết là một
chất màu tự nhiên an toàn cho các ngành công nghệ thực phẩm, dƣợc phẩm và mỹ
phẩm. Gần đây, nhiều phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng để tách chiết và thu nhận các chế
phẩm đạm giàu carotenoid. Chúng có thành phần chính là protein và carotenoid ở dạng
phức hợp caroten-protein và có nhiều trong phế liệu giáp xác (tôm hùm, tôm sú, tôm
chì, tôm thẻ chân trắng) và một số phế liệu hải sản khác. Theo Lê Minh Hoàng và cs
2
(2015) thành phần của carotenoprotein tách chiết từ vỏ đầu tôm có màu đỏ gạch và
mùi thơm gồm 7,1% hàm lƣợng chất khô, 68,5% hàm lƣợng protein, 7,3% hàm lƣợng
lipid, 390 ppm hàm lƣợng astaxanthin, 22,7% hàm lƣợng khoáng [6]. Việc tách chiết
chúng không chỉ thu nhận đƣợc các sản phẩm có giá trị gia tăng mà còn giảm thiểu ô
nhiễm môi trƣờng (Chakrabarti, 2002; Phạm Thị Đan Phƣợng và Trần Thị Luyến,
2013) [16],[58]. Vì vậy, nghiên cứu thủy phân và lên men PLT bằng phƣơng pháp vi
sinh vừa thu hồi đƣợc hàm lƣợng caroten-protein vừa tách đƣợc lƣợng chitin đáng kể
(Phạm Thị Đan Phƣợng và cs, 2015) [19].
Với mong muốn tận dụng và nâng cao giá trị của PLT bằng tạo ra sản phẩm
probiotic bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, góp phần giảm thiểu vấn nạn sử dụng kháng
sinh tràn lan, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất chế phẩm
probiotic giàu carotenoprotein từ phế liệu tôm”.
2. Mục tiêu đề tài
Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein
từ PLT có khả năng ứng dụng trong chăn nuôi ở quy mô phòng thí nghiệm làm tiền đề
cho các nghiên cứu ở quy mô tiền pilot và sản xuất.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1) Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung thêm những thông tin tài
liệu liên quan đến sản xuất chế phẩm probiotic nói riêng và các lĩnh vực trong công
nghệ thực phẩm nói chung.
2) Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu về chế phẩm probiotic sẽ tạo tiền đề cho việc xây dựng cơ
sở sản xuất chế phẩm ở quy mô công nghiệp nhằm nâng cao giá trị sử dụng của phế
liệu tôm và góp phần hạn chế việc sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi.
3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC
1.1.1. Khái niệm probiotic
Từ “probiotic” đƣợc bắt nguồn từ Hy Lạp, theo tiếng Anh là “for life” nghĩa là
“dành cho cuộc sống”, chỉ những vi sinh vật sống trong cơ thể động vật và mang lại
những tác động có lợi cho cơ thể vật chủ. Có rất nhiều định nghĩa về probiotic đã đƣợc
đề nghị, Fuller (1989) (theo FAO/WHO, 2001), đã chỉ rõ bản chất VSV của probiotic
qua định nghĩa: “một sự bổ sung vi sinh vật sống qua đƣờng tiêu hóa mà tạo ra những
tác động có lợi lên vật chủ thông qua việc gia tăng sự cân bằng trong đƣờng tiêu hóa”.
Năm 1998 Guarner và Schaafsma (theo FAO/WHO, 2001) định nghĩa probiotic “là
những vi sinh vật sống, khi đƣợc đƣa vào một lƣợng thích hợp, mang lại những lợi ích
sức khỏe cho vật chủ”. Định nghĩa của FAO/WHO (2001) đã khái quát đƣợc những
đặc điểm chính của probiotic, theo đó probiotic là “VSV sống khi đƣợc đƣa vào với số
lƣợng hợp lý đem lại lợi ích cho sức khỏe trên vật chủ” [66]. Nhƣ vậy, những điểm
chính về probiotic là:
- Những sản phẩm gồm có các VSV sống khi có mặt trong cơ thể sẽ gây ra tác
động có lợi cho vật chủ.
- Cần đƣợc đƣa vào với một lƣợng phù hợp để mang lại tác động mong muốn.
Các VSV có tính chất nhƣ một probiotic có mặt trong đời sống, trong thực
phẩm hàng ngày, và có thể đƣợc đƣa bổ sung vào cơ thể thông qua đƣờng ăn uống các
sản phẩm ăn sống có chứa chúng nhƣ sữa chua, nem, tôm chua, dƣa cải…
1.1.2. Tác dụng của probiotic
Probiotic hiện nay không chỉ có lợi cho con ngƣời mà còn đƣợc ứng dụng trong
nuôi trồng thủy sản, sử dụng trong chăn nuôi gia súc, trong việc xử lý môi trƣờng.
1.1.2.1. Giảm nguy cơ tiêu chảy, rối loạn tiêu hóa
Trên thế giới mỗi năm thƣờng có vài triệu ngƣời chết vì tiêu chảy, thƣờng tập
trung chủ yếu ở trẻ em của những nƣớc đang phát triển. Có khoảng 30% dân số ở
những nƣớc phát triển bị tiêu chảy do thực phẩm (FAO/WHO, 2001) [66]. Probiotic có
thể làm giảm đƣợc nguy cơ tiêu chảy do có khả năng ức chế các VK gây bệnh đƣờng
ruột, cạnh tranh chỗ trú đóng với VK gây bệnh bằng cách cản chúng bám dính vào
thành ruột, tiết ra các enzyme hỗ trợ quá trình tiêu hóa nên có thể làm giảm nguy cơ
các triệu chứng rối loạn về tiêu hóa, tiêu chảy (FAO/WHO, 2001; Parvez1 và cs, 2006;
Lee và Salminen, 2009) [66],[81],[103].
4
1.1.2.2. Giảm nguy cơ nhiểm Helicobacter pylori
Helicobacter pylori là một loại VK gram âm gây viêm dạ dày, có thể dẫn đến
loét và ung thƣ dạ dày. Các thí nghiệm in vitro và thử nghiệm trên động vật đã xác
minh rằng VK lactic có thể ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh và làm giảm hoạt
tính của enzyme urease, một enzyme cần cho Helicobacter pylori để thích nghi với
điều kiện axit của dạ dày (FAO/WHO, 2001) [66]. Kabir và cs (1997) đã chứng minh
đƣợc L. salivarius có khả năng ức chế Helicobacter pylori [76]. Michetti và cs (1999)
cũng phát hiện chủng L. johnsonii La1 cũng có khả năng ức chế Helicobacter pylori ở
ngƣời [93].
1.1.2.3. Ngăn ngừa ung thư
Probiotic có thể làm giảm các nguy cơ về ung thƣ (FAO/WHO, 2001; Saikali và
cs, 2004; Parvez1 và cs, 2006; Lee và Salminen, 2009) [66],[103],[81],[108]. Một số
vi khuẩn đƣờng ruột có thể tạo ra các chất gây ung thƣ (carcinogen) nhƣ các
nitrosamine, sự có mặt của probiotic sẽ gây ức chế sự tăng trƣởng của các VK này và
do đó làm giảm đƣợc khả năng ung thƣ (FAO/WHO, 2001) [66]. Nhóm của Saikali và
cs (2004) và nhóm của Mongkol và cs (2009) đã phát hiện sữa lên men sống có chứa
probiotic có thể giảm nguy cơ ung thƣ ruột kết (colon cancer) [94],[108]. Theo nghiên
cứu của Yu và Li (2016) một ứng dụng lâm sàng của chế phẩm sinh học đã cho thấy
các chủng probiotic có thể làm giảm tỷ lệ viêm sau phẫu thuật ở bệnh nhân ung thƣ và
nghiên cứu đã kết luận các sản phẩm probiotic đƣợc sử dụng an toàn và giúp cải thiện
sức khỏe của vật chủ, một số chủng probiotic còn có thể đƣợc sử dụng để hỗ trợ ngăn
ngừa và điều trị ung thƣ [124]. Các nghiên cứu trên dòng tế bào cũng nhƣ trên mô hình
động vật và cơ thể ngƣời của Motevaseli và cs (2017) cho thấy probiotic có tác dụng
làm giảm xâm lấn và di căn của tế bào ung thƣ [95].
1.1.2.4. Ổn định hệ vi sinh vật trong đường niệu - sinh dục
Chi Lactobacillus có vai trò rất quan trọng trong việc chống lại mất cân bằng và
nhiễm trùng đƣờng sinh dục và niệu đạo. Do có khả năng sinh axit lactic làm giảm pH
âm đạo và sinh một số chất kháng khuẩn khác nên chúng có thể ức chế một số VSV
gây nhiễm trùng đƣờng âm đạo (FAO/WHO, 2001) [66].
1.1.2.5. Kích thích hệ miễn dịch tự nhiên
Bên cạnh chức năng ức chế các VK gây bệnh đƣờng ruột và ổn định hệ VSV
đƣờng ruột, VK probiotic còn có khả năng kích thích miễn dịch. Hệ thống miễn dịch tự
nhiên của cơ thể có các tế bào đại thực bào (Macrophage), tế bào trung tính (neutrophil),
tế bào giết tự nhiên (natural killer-NK, gồm có tế bào T gamma và T delta). Chúng là
hàng rào đầu tiên bảo vệ cơ thể bằng cách tiêu diệt tế bào lạ xâm nhập và trình diện
kháng nguyên. Sự xâm nhập của VK lactic không gây bệnh cho cơ thể nhƣng lại kích
5
thích hoạt động của các tế bào này, từ đó tăng cƣờng đƣợc hoạt động miễn dịch. Sự
có mặt của VK lactic còn có thể kích thích sản xuất kháng thể IgA (FAO/WHO,
2001) [66].
1.1.2.6. Chức năng dinh dưỡng và hỗ trợ tiêu hóa
VK lactic trong đƣờng ruột tạo ra một số vitamin nhƣ thiamine, nicotin, folic
acid, pyridoxin, Vitamin B12, …; tạo ra enzyme có lợi nhƣ lactase; giải phóng các
amino axit tự do, các axit béo mạch ngắn (Lee và Salminen, 2009) [81]. Ngoài ra, sự
có mặt của VK lactic trong các sản phẩm lên men cũng làm tăng giá trị dinh dƣỡng
của chúng. Các sản phẩm nhƣ sữa chua, thịt lên men chua (nem, xúc xích…) dễ tiêu
hơn và kích thích đƣợc vị giác, tạo cảm giác ngon miệng.
Đối với những ngƣời thƣờng bị chứng không dung nạp lactose (lactose
intolerant) thì enzyme lactase của VK lactic sẽ giúp họ tiêu hóa đƣờng này dễ dàng hơn.
1.1.2.7. Giảm hấp thu cholesterol và lượng cholesterol huyết thanh
Hàm lƣợng cholesterol trong huyết thanh ảnh hƣởng rất lớn đến các bệnh về tim
mạch. Nếu hàm lƣợng này cao hơn so với mức bình thƣờng thì ngƣời bệnh có nhiều
nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch và béo phì. Việc sử dụng các sản phẩm probiotic
có khả năng làm giảm hàm lƣợng cholesterol trong máu (Liong và Shah, 2005;
Parvez1 và cs, 2006; Lee và Salminen, 2009) [81],[84],[103]. Liong và Shah (2005)
trong thử nghiệm in vitro đã nhận thấy có sự liên kết giữa cholesterol và tế bào một số
chủng Lactobacillus, do đó gây ra sự loại bỏ cholesterol [84].
1.2. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC
1.2.1. Khái niệm vi khuẩn lactic
VK lactic là những VK tạo ra sản phẩm chủ yếu là axit lactic trong quá trình lên
men carbonhydrate (Dũng Nguyễn Lân, 1983; Prescott và cs, 2002) [3],[104]. Là
những VK gram dƣơng, bất động, không sinh bào tử, catalase và oxydase âm tính. Khả
năng sinh tổng hợp những hợp chất cần cho sự sống là rất yếu, nên chúng là những
VSV đa khuyết dƣỡng đối với nhiều amino acid, nhiều loại vitamin…, không có khả
năng tổng hợp nhân hem của porphyrine, chúng không có cytochrome. Nhiều loài
trong chúng là những VK kỵ khí tùy nghi, vi hiếu khí và có khả năng tồn tại cả hiếu
khí cũng nhƣ kỵ khí.
Chi Lactobacillus là chi lớn nhất trong nhóm VK lactic, gồm khoảng 80 loài với
mức độ khác nhau rất nhiều về hình thái, đặc điểm sinh hóa và sinh lý. Sự không đồng
nhất thể hiện ở khoảng tỉ lệ mol G+C rất rộng, từ 32-55% (Prescott và cs, 2002) [104].
Tuy nhiên, chúng vẫn đƣợc chấp nhận trong một chi thống nhất theo định nghĩa của
chi, về cơ bản là những VK lactic hình que.
6
Theo Abbaszadeh và cs (2015), các VK lactic nhƣ L. acidophilus, L.
rhamnosus, L. casei, L. paracasei và Bifidobacterium bifidum có khả năng ức chế sự
phát triển của một số loại nấm gây hại thông thƣờng nhƣ A. niger, A. flavus, A.
parasiticus và P. chrysogenum [39].
Arasu và cs (2016) đã nghiên cứu tiềm năng probiotic của VK lactic và trong
đó L. plantarum đã thu hút đƣợc nhiều nhà nghiên cứu vì ứng dụng rộng rãi trong
lĩnh vực y tế nhƣ khả năng chống viêm, chống oxy hóa, chống ung thƣ và chống
béo phì [45].
Nghiên cứu của Veron và cs (2017) cho thấy 17 chủng VK lactic đƣợc phân lập
từ các loại trái cây O. ficus-indica mọc ở các vùng khô cằn từ Argentina có tiềm năng
probiotic. Các đặc tính probiotic đƣợc kiểm tra có khả năng chống chịu trong đƣờng
tiêu hóa, tính chất bề mặt tế bào và hoạt tính kháng khuẩn [122]. Bên cạnh đó chúng
cũng ảnh hƣởng đến tính chất của nƣớc ép lên men. Theo nghiên cứu của Sandes
(2017), bê mới sinh ra dễ bị một số VSV gây bệnh niêm mạc. Vì thế sử dụng VK lactic
có tính chất probiotic làm thực phẩm bổ sung trong chăn nuôi giúp cải thiện sức khỏe,
tăng hiệu suất sinh sản vật nuôi và giảm nguy cơ nhiễm trùng niêm mạc [110].
Nghiên cứu của Abushelaibi và cs (2017) đã xác định tính chất probiotic và lên
men của các chủng VK lactic phân lập từ sữa lạc đà. Công trình này đã nghiên cứu các
tính chất của LAB về sinh lý, khả năng tự kết dính, đồng kết dính, tính kỵ nƣớc, chịu
acid và muối mật, loại bỏ cholesterol, sinh tổng hợp exopolysaccharide và khả năng
sinh kháng sinh. Sự biến đổi của các yếu tố trong quá trình lên men nhƣ sự phát triển
tế bào, sự biến đổi pH, sự thủy phân protein cũng đƣợc nghiên cứu trong công trình
này [40].
1.2.2. Ứng dụng của vi khuẩn lactic
VK lactic có khả năng lên men đƣờng tạo axit lactic trong môi trƣờng kỵ khí làm
cho pH giảm xuống dƣới 5, ức chế đƣợc các VSV khác. Vì vậy, chúng đƣợc ứng dụng
trong bảo quản thực phẩm, trong chế biến thức ăn gia súc, chế biến sữa, các sản phẩm
thực phẩm len men lactic và lên men thu nhận axit lactic ở quy mô công nghiệp.
1.2.2.1. Sản xuất axit lactic
Trong công nghiệp nhẹ, axit lactic là dung môi cho công nghiệp sản xuất sơn,
vecni, nhuộm và thuộc da. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất axit lactic là rỉ mật,
đƣờng, tinh bột đã đƣợc đƣờng hoá. Nồng độ đƣờng sử dụng cho quá trình lên men
lactic từ 8% đến 20%. Ngoài ra còn sử dụng một số thức ăn bổ sung chứa đạm hữu cơ
và các loại chất sinh trƣởng (nhƣ mầm đại mạch, cám, cao ngô…). Khả năng sinh axit
lactic rất khác nhau tùy theo chủng. Trong sản xuất công nghiệp axit lactic thì chỉ có
những loài lên men đồng hình là có giá trị. Hƣớng nghiên cứu hiện nay trong việc sản
7
xuất axit lactic thông qua lên men lactic là tuyển chọn dòng sinh axit lactic cao
(Kaloyan và cs, 2008; Cock và Stouvenel, 2006) [63], [77] tối ƣu hóa khả năng lên
men lactic, lên men lactic với nguồn nguyên liệu rẻ tiền (Ohkouchi và Inoue, 2006)
[99] và gây biến đổi di truyền để thu đƣợc các chủng sản xuất cao.
1.2.2.2. Bảo quản và chế biến thực phẩm
Nhờ khả năng sinh axit lactic làm hạ pH môi trƣờng và sinh một số chất kháng
khuẩn khác nhƣ H2O2, bacteriocin nên VK lactic có thể ức chế các VK làm hỏng thực
phẩm (Cho và Hyung Ki Do, 2006; Ljubisa, 2006) [60],[87]. Mặt khác quá trình lên
men lactic làm tăng hƣơng vị và giá trị dinh dƣỡng của thực phẩm. Các loại thực phẩm
lên men lactic thƣờng gặp nhƣ sữa chua, các loại thịt, hải sản lên men, rau quả và nƣớc
ép quả muối chua. Thông thƣờng để ức chế sự phát triển của VK gây thối ngay từ đầu
và tạo điều kiện cho VK lactic phát triển, ngƣời ta thƣờng bổ sung và nguyên liệu một
lƣợng NaCl khoảng 3-5%. Ở Việt Nam có khá nhiều sản phẩm loại này nhƣ tôm chua,
nem chua, rau quả muối chua …
Đặc biệt, trong ngành công nghiệp sữa, VK lactic có vai trò rất quan trọng.
Chúng là tác nhân chính trong quá trình sản xuất các sản phẩm sữa lên men có giá trị
dinh dƣỡng cao, dễ bảo quản. Hai chủng S. thermophilus và L. delbrueckii subsp.
bulgaricus đƣợc dùng để sản xuất sữa chua và một số loại phomat. Lactococcus lastic
cũng đƣợc dùng trong sản xuất phomat. Một số chủng Leuconostoc có liên quan đến
quá trình chín và quá trình lên men ban đầu của sữa chua và phomat (Prescott và cs,
2002; Axelsson, 2004) [49],[104]. Ngoài ra còn có một số nghiên cứu tuyển chọn các
chủng VK lactic mới để sản xuất sữa chua thông thƣờng và sữa chua từ đậu nành (Park
và Oh, 2007) [102].
1.2.2.3. Ủ chua thức ăn gia súc
Đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến trong các trang trại chăn nuôi. Thức
ăn khi ủ không những giảm đƣợc sự tổn thất giá trị dinh dƣỡng mà còn bổ sung nhiều
loại vitamin do VSV tổng hợp. Phƣơng pháp này dựa vào sự chuyển hóa đƣờng có sẵn
trong nguyên liệu của VK lactic.
Nguyên liệu đƣợc ủ thành đống, hoặc chất vào các hố sâu trong đất. Các VSV
có sẵn trong nguyên liệu sẽ phát triển dần lên. Đầu tiên là nhóm VK hiếu khí phát triển
mạnh sử dụng hết lƣợng oxy có trong đống nguyên liệu, làm tiêu thụ phần thức ăn dễ
tiêu và phân giải protein của nguyên liệu. Kết quả là tạo điều kiện cho VK lactic phát
triển, làm tích lũy dần axit lactic.
Bên cạnh đó, VK lactic còn ứng dụng trong tách chiết carotenoids. Theo nghiên
cứu của (Armenta & cộng sự, 2002) lên men lactic để chiết xuất carotenoids tự nhiên
8
từ các lớp vỏ cứng là một phƣơng pháp đơn giản và thân thiện với môi trƣờng để đạt
đƣợc hiệu quả cao [47].
1.2.3. Lactobacillus fermentum
L. fermentum thuộc nhóm VK lactic, tế bào có dạng hình que, kỵ khí tùy ý,
Gram dƣơng (Hình 1.1). Thƣờng đƣợc phân lập tự nội tại đƣờng ruột hoặc các sản
phẩm lên men từ sữa, bột bánh mì, nguyên liệu thực vật lên men. VK phát triển tốt
trong môi trƣờng acid pH 5,5-6,2, chúng tồn tại đƣợc ở cả pH dƣới 5 nên ức chế sự
hoạt động của VK gây thối.
Hình 1.1. Vi khuẩn Lactobacillus fermentum [130]
Nhiệt độ phát triển tối ƣu từ 30 - 40oC, phù hợp với thân nhiệt cơ thể ngƣời.
Lƣợng axit lactic sinh ra vừa có tác dụng hoàn thiện hƣơng vị đồng thời có tác dụng
bảo quản cho sản phẩm. Bên cạnh đó, VK lactic có tiềm năng probiotic lớn, có chức
năng probiotic có nhiều tác động có lợi cho sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ động vật.
Hơn nữa, VK lactic trong đƣờng ruột tạo ra một số vitamin nhƣ thiamine, nicotin, folic
acid, pyridoxin, vitamin B12 … tạo ra enzyme có lợi nhƣ lactase, giải phóng các
amino acid tự do, các axit béo mạch ngắn (Lee và Salminen, 2009; Parvez1 và cs,
2006) [81],[103].
Ngoài ra L. fermentum còn có khả năng chống chịu trong dịch dạ dày, dịch ruột
non, kháng các VSV gây bệnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, tăng khả năng kháng oxy hóa
(Gotteland và cs, 2006; Garcia và cs, 2009; Garcia và cs, 2012) [67],[68],[69].
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
LÊ THỊ THANH
NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC
GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHẾ BIẾN LƢƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
HUẾ - 2018
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
LÊ THỊ THANH
NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC
GIÀU CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHẾ BIẾN LƢƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số: 8540101
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. ĐỖ THỊ BÍCH THỦY
HUẾ - 2018
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của
PGS.TS. Đỗ Thị Bích Thủy. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung
thực, một phần đã đƣợc công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý
và cho phép của các đồng tác giả. Phần còn lại chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Lê Thị Thanh
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn ngoài sự nỗ
lực và đam mê của bản thân, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ, động viên của quý
thầy cô, gia đình và bạn bè.
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đỗ Thị Bích Thủy
đã định hƣớng nghiên cứu và tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình học tập và thực
hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo, Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Huế
đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá
trình làm nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Chủ nhiệm Khoa, các thầy cô giáo
trong khoa Cơ khí - Công nghệ, trƣờng Đại học Nông Lâm Huế đã luôn quan tâm,
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi học ở trƣờng và thực hiện đề
tài luận văn.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình và bạn bè đã luôn ở
bên để động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học
tập và nghiên cứu vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Lê Thị Thanh
iii
TÓM TẮT
Nghiên cứu một số thông số công nghệ thích hợp để thủy phân và lên men phế
liệu tôm bởi chủng B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 và đề xuất quy trình sản xuất
chế phẩm probiotic giàu carotenprotein từ PLT. Kết quả của đề tài làm tiền đề cho
nghiên cứu xử lý PLT kết hợp hai chế phẩm vi sinh nhằm tạo ra chế phẩm probitic
giàu carotenoprotein có khả năng ứng dụng trong chăn nuôi. Các phƣơng pháp đƣợc
sử dụng để phân tích các chỉ tiêu trong quá trình nghiên cứu và thực hiện nội dung đề
tài: phƣơng pháp tăng sinh và nuôi cấy để thu nhận sinh khối tế bào, xác định số tế bào
sống bằng phƣơng pháp đếm khuẩn lạc trên đĩa thạch, xác định hoạt độ protease bằng
phƣơng pháp Ason cải tiến, xác định hàm lƣợng protein tổng số bằng phƣơng pháp
Kjeldahl, xác định hàm lƣợng nitơ formol bằng phƣơng pháp sorensen, xác định hoạt
tính kháng oxy hóa bằng phƣơng pháp DPPH, xác định hàm lƣợng astaxanthin trong
phế liệu tôm và xác định độ ẩm bằng phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi.
Các thông số công nghệ thích hợp để xử lý PLT trong quy trình sản xuất chế
phẩm probiotic giàu carotenprotein: tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10
gieo cấy ban đầu vào PLT là 1:2. Nhiệt độ lên men 35oC và thời gian lên men 24 giờ.
Sau khi xác định đƣợc các thông số để xử lý PLT, chúng tôi tiếp tục khảo sát tỷ lệ phối
trộn dịch carotenoprotein thu đƣợc từ quá trình lên men vào chất mang bã sắn khô,
thực hiện sấy chế phẩm ở nhiệt độ 35oC trong 5 giờ và đã xác định đƣợc tỷ lệ phối trộn
thích hợp là 1:4 thông qua các chỉ tiêu mật độ tế bào sống (9,45 lg CFU/g), hoạt độ
protease (28,74 UI/ml), hàm lƣợng astaxanthin (4,2 µg/g) và độ ẩm (6,9%) đạt yêu cầu
của chế phẩm. Xây dựng đƣợc quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu
carotenoprotein từ phế liệu tôm.
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ......................................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ....................................................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài .............................................................................................................2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .....................................................................................2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC ..............................................................................3
1.1.1. Khái niệm probiotic ............................................................................................... 3
1.1.2. Tác dụng của probiotic .......................................................................................... 3
1.2. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC ................................................................ 5
1.2.1. Khái niệm vi khuẩn lactic ......................................................................................5
1.2.2. Ứng dụng của vi khuẩn lactic ................................................................................6
1.2.3. Lactobacillus fermentum .......................................................................................8
1.3. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN BACILLUS ............................................................ 9
1.3.1. Giới thiệu về Bacillus ............................................................................................ 9
1.3.2. Đặc điểm chung ...................................................................................................10
1.3.3. Bacillus subtilis ...................................................................................................10
1.4. PHẾ LIỆU TÔM .....................................................................................................13
1.5. PHỨC HỢP CAROTENOPROTEIN VÀ ASTAXANTHIN ................................ 13
1.5.1. Nguồn gốc và bản chất của chế phẩm caroten-protein ........................................13
1.5.2. Astaxanthin và các ứng dụng ..............................................................................14
v
1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI....................................16
1.6.1. Trên thế giới ........................................................................................................16
1.6.2. Ở Việt Nam..........................................................................................................20
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 24
2.1. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .......................................................24
2.1.1. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 24
2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu .......................................................................................... 24
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................24
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................25
2.3.1. Phƣơng pháp vi sinh ............................................................................................ 25
2.3.2. Phƣơng pháp hóa sinh ......................................................................................... 26
2.3.3. Phƣơng pháp vật lý .............................................................................................. 28
2.3.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm để thực hiện nội dung nghiên cứu .....................29
2.3.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ...................................................................................34
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................36
3.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA PHẾ LIỆU TÔM .............................................36
3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ GIỮA B. subtilis C10
VÀ L. fermentum TC10 GIEO CẤY BAN ĐẦU VÀO PHẾ LIỆU TÔM ĐẾN CHẤT
LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN ...................37
3.2.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hoạt độ enzyme protease ..........................................................................37
3.2.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến mật độ tế bào sống ...................................................................................39
3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hoạt tính kháng oxy hóa ...........................................................................40
3.2.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu...........................................41
3.2.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu
vào PLT đến hàm lƣợng nitơ formol .............................................................................42
3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN MEN ĐẾN
CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN .......43
vi
3.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt độ protease ......................................43
3.3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến mật độ tế bào sống ..................................44
3.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa .......................... 45
3.3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với
ban đầu ............................................................................................................. 46
3.3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng nitơ formol ............................ 47
3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN LÊN MEN ĐẾN
CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU CAROTENOPROTEIN .....48
3.4.1. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt độ protease .....................................49
3.4.2. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến mật độ tế bào sống .................................50
3.4.3. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa ......................... 51
3.4.4. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban
đầu .................................................................................................................................52
3.4.5. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng nitơ formol ........................... 54
3.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ PHỐI TRỘN DỊCH
CAROTENOPROTEIN VÀO CHẤT MANG ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA CHẾ
PHẨM PROBIOTIC ......................................................................................................55
3.5.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến mật độ tế
bào sống ......................................................................................................................... 55
3.5.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến hoạt độ
protease, hàm lƣợng astaxanthin và độ ẩm chế phẩm ...................................................56
3.6. THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROBIOTIC GIÀU
CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM ............................................................. 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................60
KẾT LUẬN ...................................................................................................................60
ĐỀ NGHỊ .......................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61
PHỤ LỤC
vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ANOVA Analysis of Variance
AA Activity of Amylase
BOD Biochemical Oxygen Demand
CFU Colony-forming Unit
COD Chemical Oxygen Demand
ĐC Đối chứng
DDA Deacety hóa
DH Degree of Hydrolysis
DO Dissolved Oxygen
DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl
FBC Fat Binding Capacity
LAB Lactic acid bacteria
OD Optical Density
PA Protease Activity
PFCP Peptide from Carotenoprotein
PLT Phế liệu tôm
SF Submerged Fermentation
SSF Solid - State Fermentation
UI International Unit
VK Vi khuẩn
VSV Vi sinh vật
WBC Water Binding Capacity
viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm ...............................................36
Bảng 3.2. Thông số thích hợp cho quá trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu
carotenoprotein từ PLT bởi B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 ............................. 54
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến hoạt
độ protease, hàm lƣợng astaxanthin và độ ẩm chế phẩm ..............................................56
ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Vi khuẩn Lactobacillus fermentum .................................................................8
Hình 1.3. Khuẩn lạc Bacillus subtilis trên môi trƣờng thạch ........................................11
Hình 1.2. Tế bào Bacillus subtilis sau khi nhuộm gram................................................11
Hình 1.4. Công thức cấu tạo astaxanthin .......................................................................14
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10
và L. fermentum TC10 gieo cấy ban đầu vào PLT đến chất lƣợng của chế phẩm
probiotic giàu carotenoprotein......................................................................................... 29
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến chất
lƣợng của chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .....................................................31
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian lên men đến
chất lƣợng của chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein ...............................................33
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch
carotenprotein với chất mang đến chất lƣợng của chế phẩm probiotic giàu
carotenoprotein ...............................................................................................................35
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hoạt độ protease ................................................................................38
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến mật độ tế bào sống ............................................................................39
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hoạt tính kháng oxy hóa ....................................................................40
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban đầu ....................................41
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa B. subtilis C10 và L. fermentum TC10 gieo cấy ban
đầu vào PLT đến hàm lƣợng nitơ formol ......................................................................42
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt độ protease .................................44
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến mật độ tế bào sống ............................. 45
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa .....................46
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với ban
đầu .................................................................................................................................47
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men đến hàm lƣợng nitơ formol .....................48
x
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt độ protease .............................. 49
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian đến mật độ tế bào sống ........................................51
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hoạt tính kháng oxy hóa ..................52
Hình 3.14. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng protein tách đƣợc so với
ban đầu ........................................................................................................................... 53
Hình 3.15. Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến hàm lƣợng nitơ formol .....................54
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn dịch carotenoprotein vào chất mang đến mật
độ tế bào sống ................................................................................................................55
Hình 3.18. Bột sắn khô ..................................................................................................57
Hình 3.17. Dịch carotenoprotein ...................................................................................57
Hình 3.19. Chế phẩm trƣớc và sau khi sấy....................................................................57
Hình 3.20. Quy trình sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein .....................58
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp có ngành chăn nuôi phát triển và có đóng
góp to lớn vào sự phát triển kinh tế của đất nƣớc. Vì vậy, vấn đề nâng cao năng suất,
chất lƣợng sản phẩm và cải thiện môi trƣờng chăn nuôi rất đƣợc quan tâm ở nƣớc ta
hiện nay. Việc lạm dụng kháng sinh của ngƣời chăn nuôi đang trở thành vấn đề nan
giải. Hệ quả là lƣợng tồn dƣ kháng sinh có trong thực phẩm không chỉ ảnh hƣởng đến
vật nuôi mà còn nguy hại đến sức khỏe con ngƣời khi tiêu thụ thực phẩm.
Để hạn chế và tiến tới loại bỏ kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi, sử dụng
probiotic là một trong những giải pháp thay thế kháng sinh quan trọng. Probiotic là
những vi khuẩn có ích hoặc nấm men khi đƣa vào cơ thể một liều lƣợng vừa đủ sẽ sản
sinh ra các enzyme tiêu hóa, các vitamin và các chất có hoạt tính kháng khuẩn, tạo ra
những tác động tích cực đối với quá trình tiêu hóa, giúp hấp thu dƣỡng chất tốt hơn
(FAO/WHO, 2001) [66].
Các loài Bacillus và Lactobacillus đƣợc xem là những đối tƣợng giàu tiềm năng
để sản xuất probiotic. Do Bacillus không chỉ có khả năng sinh bào tử để chống chịu
với điều kiện môi trƣờng bất lợi (Sanders và cs, 2003, Hong và cs, 2005) [73], [109],
mà còn có thể sinh chất kháng sinh, chất kháng khuẩn kìm hãm VSV (vi sinh vật) gây
bệnh (Sanders và cs, 2003) [109]. B. subtilis sinh ra rất nhiều loại enzyme, đặc biệt là
amylase và protease kiềm có giá trị cao. Ngoài ra, B. subtilis có khả năng sinh ra
riboflavin (tiền vitamin B2) (Nguyễn Lân Dũng và cs, 2001) [4]. Lactobacillus đƣợc
biết đến là nhóm VK (vi khuẩn) có chức năng probiotic có nhiều tác động có lợi cho
sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ động vật. Khả năng sinh tổng hợp bacterioxin của VK
lactic làm cho chúng ức chế các VK gây bệnh đƣờng ruột (Đỗ Thị Bích Thủy, 2014)
[25]. L. fermentum là VK có khả năng chống chịu trong dịch dạ dày, dịch ruột non,
kháng các VSV gây bệnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, tăng khả năng kháng oxy hóa
(Gotteland và cs, 2006; Garcia và cs, 2009; Garcia và cs, 2012) [67],[68],[69].
Trong công nghệ chế biến thuỷ sản xuất khẩu của Việt Nam, công nghệ chế
biến tôm tạo ra một lƣợng lớn PLT (phế liệu tôm) bao gồm đầu tôm và vỏ tôm. Lƣợng
này thƣờng chiếm 50-70% nguyên liệu ban đầu. PLT là nguồn cung cấp protein, chitin
và carotenoids (Holanda và Netto, 2006) [72]. Trong đó, carotenoid đƣợc biết là một
chất màu tự nhiên an toàn cho các ngành công nghệ thực phẩm, dƣợc phẩm và mỹ
phẩm. Gần đây, nhiều phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng để tách chiết và thu nhận các chế
phẩm đạm giàu carotenoid. Chúng có thành phần chính là protein và carotenoid ở dạng
phức hợp caroten-protein và có nhiều trong phế liệu giáp xác (tôm hùm, tôm sú, tôm
chì, tôm thẻ chân trắng) và một số phế liệu hải sản khác. Theo Lê Minh Hoàng và cs
2
(2015) thành phần của carotenoprotein tách chiết từ vỏ đầu tôm có màu đỏ gạch và
mùi thơm gồm 7,1% hàm lƣợng chất khô, 68,5% hàm lƣợng protein, 7,3% hàm lƣợng
lipid, 390 ppm hàm lƣợng astaxanthin, 22,7% hàm lƣợng khoáng [6]. Việc tách chiết
chúng không chỉ thu nhận đƣợc các sản phẩm có giá trị gia tăng mà còn giảm thiểu ô
nhiễm môi trƣờng (Chakrabarti, 2002; Phạm Thị Đan Phƣợng và Trần Thị Luyến,
2013) [16],[58]. Vì vậy, nghiên cứu thủy phân và lên men PLT bằng phƣơng pháp vi
sinh vừa thu hồi đƣợc hàm lƣợng caroten-protein vừa tách đƣợc lƣợng chitin đáng kể
(Phạm Thị Đan Phƣợng và cs, 2015) [19].
Với mong muốn tận dụng và nâng cao giá trị của PLT bằng tạo ra sản phẩm
probiotic bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, góp phần giảm thiểu vấn nạn sử dụng kháng
sinh tràn lan, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất chế phẩm
probiotic giàu carotenoprotein từ phế liệu tôm”.
2. Mục tiêu đề tài
Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm probiotic giàu carotenoprotein
từ PLT có khả năng ứng dụng trong chăn nuôi ở quy mô phòng thí nghiệm làm tiền đề
cho các nghiên cứu ở quy mô tiền pilot và sản xuất.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1) Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung thêm những thông tin tài
liệu liên quan đến sản xuất chế phẩm probiotic nói riêng và các lĩnh vực trong công
nghệ thực phẩm nói chung.
2) Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu về chế phẩm probiotic sẽ tạo tiền đề cho việc xây dựng cơ
sở sản xuất chế phẩm ở quy mô công nghiệp nhằm nâng cao giá trị sử dụng của phế
liệu tôm và góp phần hạn chế việc sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi.
3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC
1.1.1. Khái niệm probiotic
Từ “probiotic” đƣợc bắt nguồn từ Hy Lạp, theo tiếng Anh là “for life” nghĩa là
“dành cho cuộc sống”, chỉ những vi sinh vật sống trong cơ thể động vật và mang lại
những tác động có lợi cho cơ thể vật chủ. Có rất nhiều định nghĩa về probiotic đã đƣợc
đề nghị, Fuller (1989) (theo FAO/WHO, 2001), đã chỉ rõ bản chất VSV của probiotic
qua định nghĩa: “một sự bổ sung vi sinh vật sống qua đƣờng tiêu hóa mà tạo ra những
tác động có lợi lên vật chủ thông qua việc gia tăng sự cân bằng trong đƣờng tiêu hóa”.
Năm 1998 Guarner và Schaafsma (theo FAO/WHO, 2001) định nghĩa probiotic “là
những vi sinh vật sống, khi đƣợc đƣa vào một lƣợng thích hợp, mang lại những lợi ích
sức khỏe cho vật chủ”. Định nghĩa của FAO/WHO (2001) đã khái quát đƣợc những
đặc điểm chính của probiotic, theo đó probiotic là “VSV sống khi đƣợc đƣa vào với số
lƣợng hợp lý đem lại lợi ích cho sức khỏe trên vật chủ” [66]. Nhƣ vậy, những điểm
chính về probiotic là:
- Những sản phẩm gồm có các VSV sống khi có mặt trong cơ thể sẽ gây ra tác
động có lợi cho vật chủ.
- Cần đƣợc đƣa vào với một lƣợng phù hợp để mang lại tác động mong muốn.
Các VSV có tính chất nhƣ một probiotic có mặt trong đời sống, trong thực
phẩm hàng ngày, và có thể đƣợc đƣa bổ sung vào cơ thể thông qua đƣờng ăn uống các
sản phẩm ăn sống có chứa chúng nhƣ sữa chua, nem, tôm chua, dƣa cải…
1.1.2. Tác dụng của probiotic
Probiotic hiện nay không chỉ có lợi cho con ngƣời mà còn đƣợc ứng dụng trong
nuôi trồng thủy sản, sử dụng trong chăn nuôi gia súc, trong việc xử lý môi trƣờng.
1.1.2.1. Giảm nguy cơ tiêu chảy, rối loạn tiêu hóa
Trên thế giới mỗi năm thƣờng có vài triệu ngƣời chết vì tiêu chảy, thƣờng tập
trung chủ yếu ở trẻ em của những nƣớc đang phát triển. Có khoảng 30% dân số ở
những nƣớc phát triển bị tiêu chảy do thực phẩm (FAO/WHO, 2001) [66]. Probiotic có
thể làm giảm đƣợc nguy cơ tiêu chảy do có khả năng ức chế các VK gây bệnh đƣờng
ruột, cạnh tranh chỗ trú đóng với VK gây bệnh bằng cách cản chúng bám dính vào
thành ruột, tiết ra các enzyme hỗ trợ quá trình tiêu hóa nên có thể làm giảm nguy cơ
các triệu chứng rối loạn về tiêu hóa, tiêu chảy (FAO/WHO, 2001; Parvez1 và cs, 2006;
Lee và Salminen, 2009) [66],[81],[103].
4
1.1.2.2. Giảm nguy cơ nhiểm Helicobacter pylori
Helicobacter pylori là một loại VK gram âm gây viêm dạ dày, có thể dẫn đến
loét và ung thƣ dạ dày. Các thí nghiệm in vitro và thử nghiệm trên động vật đã xác
minh rằng VK lactic có thể ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh và làm giảm hoạt
tính của enzyme urease, một enzyme cần cho Helicobacter pylori để thích nghi với
điều kiện axit của dạ dày (FAO/WHO, 2001) [66]. Kabir và cs (1997) đã chứng minh
đƣợc L. salivarius có khả năng ức chế Helicobacter pylori [76]. Michetti và cs (1999)
cũng phát hiện chủng L. johnsonii La1 cũng có khả năng ức chế Helicobacter pylori ở
ngƣời [93].
1.1.2.3. Ngăn ngừa ung thư
Probiotic có thể làm giảm các nguy cơ về ung thƣ (FAO/WHO, 2001; Saikali và
cs, 2004; Parvez1 và cs, 2006; Lee và Salminen, 2009) [66],[103],[81],[108]. Một số
vi khuẩn đƣờng ruột có thể tạo ra các chất gây ung thƣ (carcinogen) nhƣ các
nitrosamine, sự có mặt của probiotic sẽ gây ức chế sự tăng trƣởng của các VK này và
do đó làm giảm đƣợc khả năng ung thƣ (FAO/WHO, 2001) [66]. Nhóm của Saikali và
cs (2004) và nhóm của Mongkol và cs (2009) đã phát hiện sữa lên men sống có chứa
probiotic có thể giảm nguy cơ ung thƣ ruột kết (colon cancer) [94],[108]. Theo nghiên
cứu của Yu và Li (2016) một ứng dụng lâm sàng của chế phẩm sinh học đã cho thấy
các chủng probiotic có thể làm giảm tỷ lệ viêm sau phẫu thuật ở bệnh nhân ung thƣ và
nghiên cứu đã kết luận các sản phẩm probiotic đƣợc sử dụng an toàn và giúp cải thiện
sức khỏe của vật chủ, một số chủng probiotic còn có thể đƣợc sử dụng để hỗ trợ ngăn
ngừa và điều trị ung thƣ [124]. Các nghiên cứu trên dòng tế bào cũng nhƣ trên mô hình
động vật và cơ thể ngƣời của Motevaseli và cs (2017) cho thấy probiotic có tác dụng
làm giảm xâm lấn và di căn của tế bào ung thƣ [95].
1.1.2.4. Ổn định hệ vi sinh vật trong đường niệu - sinh dục
Chi Lactobacillus có vai trò rất quan trọng trong việc chống lại mất cân bằng và
nhiễm trùng đƣờng sinh dục và niệu đạo. Do có khả năng sinh axit lactic làm giảm pH
âm đạo và sinh một số chất kháng khuẩn khác nên chúng có thể ức chế một số VSV
gây nhiễm trùng đƣờng âm đạo (FAO/WHO, 2001) [66].
1.1.2.5. Kích thích hệ miễn dịch tự nhiên
Bên cạnh chức năng ức chế các VK gây bệnh đƣờng ruột và ổn định hệ VSV
đƣờng ruột, VK probiotic còn có khả năng kích thích miễn dịch. Hệ thống miễn dịch tự
nhiên của cơ thể có các tế bào đại thực bào (Macrophage), tế bào trung tính (neutrophil),
tế bào giết tự nhiên (natural killer-NK, gồm có tế bào T gamma và T delta). Chúng là
hàng rào đầu tiên bảo vệ cơ thể bằng cách tiêu diệt tế bào lạ xâm nhập và trình diện
kháng nguyên. Sự xâm nhập của VK lactic không gây bệnh cho cơ thể nhƣng lại kích
5
thích hoạt động của các tế bào này, từ đó tăng cƣờng đƣợc hoạt động miễn dịch. Sự
có mặt của VK lactic còn có thể kích thích sản xuất kháng thể IgA (FAO/WHO,
2001) [66].
1.1.2.6. Chức năng dinh dưỡng và hỗ trợ tiêu hóa
VK lactic trong đƣờng ruột tạo ra một số vitamin nhƣ thiamine, nicotin, folic
acid, pyridoxin, Vitamin B12, …; tạo ra enzyme có lợi nhƣ lactase; giải phóng các
amino axit tự do, các axit béo mạch ngắn (Lee và Salminen, 2009) [81]. Ngoài ra, sự
có mặt của VK lactic trong các sản phẩm lên men cũng làm tăng giá trị dinh dƣỡng
của chúng. Các sản phẩm nhƣ sữa chua, thịt lên men chua (nem, xúc xích…) dễ tiêu
hơn và kích thích đƣợc vị giác, tạo cảm giác ngon miệng.
Đối với những ngƣời thƣờng bị chứng không dung nạp lactose (lactose
intolerant) thì enzyme lactase của VK lactic sẽ giúp họ tiêu hóa đƣờng này dễ dàng hơn.
1.1.2.7. Giảm hấp thu cholesterol và lượng cholesterol huyết thanh
Hàm lƣợng cholesterol trong huyết thanh ảnh hƣởng rất lớn đến các bệnh về tim
mạch. Nếu hàm lƣợng này cao hơn so với mức bình thƣờng thì ngƣời bệnh có nhiều
nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch và béo phì. Việc sử dụng các sản phẩm probiotic
có khả năng làm giảm hàm lƣợng cholesterol trong máu (Liong và Shah, 2005;
Parvez1 và cs, 2006; Lee và Salminen, 2009) [81],[84],[103]. Liong và Shah (2005)
trong thử nghiệm in vitro đã nhận thấy có sự liên kết giữa cholesterol và tế bào một số
chủng Lactobacillus, do đó gây ra sự loại bỏ cholesterol [84].
1.2. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC
1.2.1. Khái niệm vi khuẩn lactic
VK lactic là những VK tạo ra sản phẩm chủ yếu là axit lactic trong quá trình lên
men carbonhydrate (Dũng Nguyễn Lân, 1983; Prescott và cs, 2002) [3],[104]. Là
những VK gram dƣơng, bất động, không sinh bào tử, catalase và oxydase âm tính. Khả
năng sinh tổng hợp những hợp chất cần cho sự sống là rất yếu, nên chúng là những
VSV đa khuyết dƣỡng đối với nhiều amino acid, nhiều loại vitamin…, không có khả
năng tổng hợp nhân hem của porphyrine, chúng không có cytochrome. Nhiều loài
trong chúng là những VK kỵ khí tùy nghi, vi hiếu khí và có khả năng tồn tại cả hiếu
khí cũng nhƣ kỵ khí.
Chi Lactobacillus là chi lớn nhất trong nhóm VK lactic, gồm khoảng 80 loài với
mức độ khác nhau rất nhiều về hình thái, đặc điểm sinh hóa và sinh lý. Sự không đồng
nhất thể hiện ở khoảng tỉ lệ mol G+C rất rộng, từ 32-55% (Prescott và cs, 2002) [104].
Tuy nhiên, chúng vẫn đƣợc chấp nhận trong một chi thống nhất theo định nghĩa của
chi, về cơ bản là những VK lactic hình que.
6
Theo Abbaszadeh và cs (2015), các VK lactic nhƣ L. acidophilus, L.
rhamnosus, L. casei, L. paracasei và Bifidobacterium bifidum có khả năng ức chế sự
phát triển của một số loại nấm gây hại thông thƣờng nhƣ A. niger, A. flavus, A.
parasiticus và P. chrysogenum [39].
Arasu và cs (2016) đã nghiên cứu tiềm năng probiotic của VK lactic và trong
đó L. plantarum đã thu hút đƣợc nhiều nhà nghiên cứu vì ứng dụng rộng rãi trong
lĩnh vực y tế nhƣ khả năng chống viêm, chống oxy hóa, chống ung thƣ và chống
béo phì [45].
Nghiên cứu của Veron và cs (2017) cho thấy 17 chủng VK lactic đƣợc phân lập
từ các loại trái cây O. ficus-indica mọc ở các vùng khô cằn từ Argentina có tiềm năng
probiotic. Các đặc tính probiotic đƣợc kiểm tra có khả năng chống chịu trong đƣờng
tiêu hóa, tính chất bề mặt tế bào và hoạt tính kháng khuẩn [122]. Bên cạnh đó chúng
cũng ảnh hƣởng đến tính chất của nƣớc ép lên men. Theo nghiên cứu của Sandes
(2017), bê mới sinh ra dễ bị một số VSV gây bệnh niêm mạc. Vì thế sử dụng VK lactic
có tính chất probiotic làm thực phẩm bổ sung trong chăn nuôi giúp cải thiện sức khỏe,
tăng hiệu suất sinh sản vật nuôi và giảm nguy cơ nhiễm trùng niêm mạc [110].
Nghiên cứu của Abushelaibi và cs (2017) đã xác định tính chất probiotic và lên
men của các chủng VK lactic phân lập từ sữa lạc đà. Công trình này đã nghiên cứu các
tính chất của LAB về sinh lý, khả năng tự kết dính, đồng kết dính, tính kỵ nƣớc, chịu
acid và muối mật, loại bỏ cholesterol, sinh tổng hợp exopolysaccharide và khả năng
sinh kháng sinh. Sự biến đổi của các yếu tố trong quá trình lên men nhƣ sự phát triển
tế bào, sự biến đổi pH, sự thủy phân protein cũng đƣợc nghiên cứu trong công trình
này [40].
1.2.2. Ứng dụng của vi khuẩn lactic
VK lactic có khả năng lên men đƣờng tạo axit lactic trong môi trƣờng kỵ khí làm
cho pH giảm xuống dƣới 5, ức chế đƣợc các VSV khác. Vì vậy, chúng đƣợc ứng dụng
trong bảo quản thực phẩm, trong chế biến thức ăn gia súc, chế biến sữa, các sản phẩm
thực phẩm len men lactic và lên men thu nhận axit lactic ở quy mô công nghiệp.
1.2.2.1. Sản xuất axit lactic
Trong công nghiệp nhẹ, axit lactic là dung môi cho công nghiệp sản xuất sơn,
vecni, nhuộm và thuộc da. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất axit lactic là rỉ mật,
đƣờng, tinh bột đã đƣợc đƣờng hoá. Nồng độ đƣờng sử dụng cho quá trình lên men
lactic từ 8% đến 20%. Ngoài ra còn sử dụng một số thức ăn bổ sung chứa đạm hữu cơ
và các loại chất sinh trƣởng (nhƣ mầm đại mạch, cám, cao ngô…). Khả năng sinh axit
lactic rất khác nhau tùy theo chủng. Trong sản xuất công nghiệp axit lactic thì chỉ có
những loài lên men đồng hình là có giá trị. Hƣớng nghiên cứu hiện nay trong việc sản
7
xuất axit lactic thông qua lên men lactic là tuyển chọn dòng sinh axit lactic cao
(Kaloyan và cs, 2008; Cock và Stouvenel, 2006) [63], [77] tối ƣu hóa khả năng lên
men lactic, lên men lactic với nguồn nguyên liệu rẻ tiền (Ohkouchi và Inoue, 2006)
[99] và gây biến đổi di truyền để thu đƣợc các chủng sản xuất cao.
1.2.2.2. Bảo quản và chế biến thực phẩm
Nhờ khả năng sinh axit lactic làm hạ pH môi trƣờng và sinh một số chất kháng
khuẩn khác nhƣ H2O2, bacteriocin nên VK lactic có thể ức chế các VK làm hỏng thực
phẩm (Cho và Hyung Ki Do, 2006; Ljubisa, 2006) [60],[87]. Mặt khác quá trình lên
men lactic làm tăng hƣơng vị và giá trị dinh dƣỡng của thực phẩm. Các loại thực phẩm
lên men lactic thƣờng gặp nhƣ sữa chua, các loại thịt, hải sản lên men, rau quả và nƣớc
ép quả muối chua. Thông thƣờng để ức chế sự phát triển của VK gây thối ngay từ đầu
và tạo điều kiện cho VK lactic phát triển, ngƣời ta thƣờng bổ sung và nguyên liệu một
lƣợng NaCl khoảng 3-5%. Ở Việt Nam có khá nhiều sản phẩm loại này nhƣ tôm chua,
nem chua, rau quả muối chua …
Đặc biệt, trong ngành công nghiệp sữa, VK lactic có vai trò rất quan trọng.
Chúng là tác nhân chính trong quá trình sản xuất các sản phẩm sữa lên men có giá trị
dinh dƣỡng cao, dễ bảo quản. Hai chủng S. thermophilus và L. delbrueckii subsp.
bulgaricus đƣợc dùng để sản xuất sữa chua và một số loại phomat. Lactococcus lastic
cũng đƣợc dùng trong sản xuất phomat. Một số chủng Leuconostoc có liên quan đến
quá trình chín và quá trình lên men ban đầu của sữa chua và phomat (Prescott và cs,
2002; Axelsson, 2004) [49],[104]. Ngoài ra còn có một số nghiên cứu tuyển chọn các
chủng VK lactic mới để sản xuất sữa chua thông thƣờng và sữa chua từ đậu nành (Park
và Oh, 2007) [102].
1.2.2.3. Ủ chua thức ăn gia súc
Đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến trong các trang trại chăn nuôi. Thức
ăn khi ủ không những giảm đƣợc sự tổn thất giá trị dinh dƣỡng mà còn bổ sung nhiều
loại vitamin do VSV tổng hợp. Phƣơng pháp này dựa vào sự chuyển hóa đƣờng có sẵn
trong nguyên liệu của VK lactic.
Nguyên liệu đƣợc ủ thành đống, hoặc chất vào các hố sâu trong đất. Các VSV
có sẵn trong nguyên liệu sẽ phát triển dần lên. Đầu tiên là nhóm VK hiếu khí phát triển
mạnh sử dụng hết lƣợng oxy có trong đống nguyên liệu, làm tiêu thụ phần thức ăn dễ
tiêu và phân giải protein của nguyên liệu. Kết quả là tạo điều kiện cho VK lactic phát
triển, làm tích lũy dần axit lactic.
Bên cạnh đó, VK lactic còn ứng dụng trong tách chiết carotenoids. Theo nghiên
cứu của (Armenta & cộng sự, 2002) lên men lactic để chiết xuất carotenoids tự nhiên
8
từ các lớp vỏ cứng là một phƣơng pháp đơn giản và thân thiện với môi trƣờng để đạt
đƣợc hiệu quả cao [47].
1.2.3. Lactobacillus fermentum
L. fermentum thuộc nhóm VK lactic, tế bào có dạng hình que, kỵ khí tùy ý,
Gram dƣơng (Hình 1.1). Thƣờng đƣợc phân lập tự nội tại đƣờng ruột hoặc các sản
phẩm lên men từ sữa, bột bánh mì, nguyên liệu thực vật lên men. VK phát triển tốt
trong môi trƣờng acid pH 5,5-6,2, chúng tồn tại đƣợc ở cả pH dƣới 5 nên ức chế sự
hoạt động của VK gây thối.
Hình 1.1. Vi khuẩn Lactobacillus fermentum [130]
Nhiệt độ phát triển tối ƣu từ 30 - 40oC, phù hợp với thân nhiệt cơ thể ngƣời.
Lƣợng axit lactic sinh ra vừa có tác dụng hoàn thiện hƣơng vị đồng thời có tác dụng
bảo quản cho sản phẩm. Bên cạnh đó, VK lactic có tiềm năng probiotic lớn, có chức
năng probiotic có nhiều tác động có lợi cho sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ động vật.
Hơn nữa, VK lactic trong đƣờng ruột tạo ra một số vitamin nhƣ thiamine, nicotin, folic
acid, pyridoxin, vitamin B12 … tạo ra enzyme có lợi nhƣ lactase, giải phóng các
amino acid tự do, các axit béo mạch ngắn (Lee và Salminen, 2009; Parvez1 và cs,
2006) [81],[103].
Ngoài ra L. fermentum còn có khả năng chống chịu trong dịch dạ dày, dịch ruột
non, kháng các VSV gây bệnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, tăng khả năng kháng oxy hóa
(Gotteland và cs, 2006; Garcia và cs, 2009; Garcia và cs, 2012) [67],[68],[69].