Nghien cứu sản xuất kẹo viên synbiotic trường ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

i

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG iii
DANH MỤC HÌNH iv
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN…………………………………………………………………………………………………………… 2
1.1. Thực phẩm chức năng cho hệ tiêu hóa: 2
1.1.1. Thực phẩm đƣờng ruột 2
1.1.2. Chuyển hóa thực phẩm đƣờng ruột 2
1.1.3. Hệ vi sinh vật đƣờng ruột: 3
1.1.4. Thực phẩm chức năng đƣờng ruột: 3
1.2. Tổng quan về prebiotic 4
1.2.1. Định nghĩa prebiotic 4
1.2.2. Tính chất prebiotic 5
1.2.2.1. Tính chất hóa lí 6
1.2.2.2. Tính chất sinh lí 7
1.2.3. Tác động có lợi cho sức khỏe ngƣời 8
1.2.4. Tác động của prebiotic lên probiotic 11
1.2.5. Phân loại prebiotic 15
1.2.5.1. Prebiotic có nguồn gốc tự nhiên 15
1.2.5.2. Prebiotic tổng hợp 16
1.2.6. Prebiotic tiêu biểu 17
1.2.6.1. Fructooligosaccharide (FOS) 17
1.2.6.1.1. Nguồn gốc 18
1.2.6.1.2. Cấu tạo 19
1.2.6.1.3. Tính chất 19
1.2.6.1.4. Tình hình tổng hợp 23

1.2.6.1.5. Enzyme fructotransferase (FTS)- hoạt tính và cố định FTS 26
1.2.6.1.6. Quy trình công nghệ sản xuất FOS cao độ 31
1.2.6.2. Inulin 36
1.2.6.3. Trans-galactooligosaccharide (TOS) 37
1.2.7. Ứng dụng của prebiotic 40
1.2.8. Hƣớng nghiên cứu và phát triển prebiotic 41


ii

1.2.8.1. Hướng mở cho ngành thực phẩm 41
1.2.8.2. Trong y học, cải thiện sức khỏe người 41
1.3. Tổng quan về synbiotic 41
1.3.1. Khái niệm 41
1.3.2. Ứng dụng 42
1.4. Sấy thăng hoa 43
1.4.1. Định nghĩa 43
1.4.2. Ƣu, nhƣợc điểm sấy thăng hoa 43
1.4.3. Các giai đoạn trong sấy thăng hoa 44
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT KẸO VIÊN SYNBIOTIC…………………………………………. 47
2.1. Công nghệ sản xuất kẹo 47
2.1.1. Thuyết minh quy trình 47
2.1.2. Vật liệu, phƣơng pháp 49
2.1.3. Thảo luận: hiệu quả sử dụng prebiotic 51
2.1.3.1. Hiệu lực prebiotic 51
2.1.3.2. Đánh giá sản phẩm kẹo trong quá trình lưu trữ lạnh 53
2.2. Ảnh hƣởng chế độ vi gói 56
2.2.1. Cơ sở khoa học vi gói 56
2.2.2. Vật liệu, phƣơng pháp vi gói 58
2.2.3. Thảo luận: tác động của vi gói 61

2.2.3.1. Sự sống của các tế bào probiotic vi gói 61
2.2.3.2. Nghiên cứu vỏ vi gói 61
2.3. Khảo sát tối ƣu môi trƣờng sấy thăng hoa 63
2.4. Khảo sát, tối ƣu quả trình bảo quản 64
2.5. Đánh giá cảm quan viên kẹo 67
2.6. Bảo quản kẹo synbiotic bằng bacteriocin: 68
CHƢƠNG 3: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ…………………………………………………………………………………………73
Kết luận: 73
Hƣớng phát triển 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………………… 75





iii


DANH MỤC BẢNG

CHƢƠNG 1…………………………………………………………………………………… 2
Bảng 1.2: Khả năng tiêu hoá của một số prebiotic trên đƣờng ruột ngƣời 7
Bảng 1.3 Ảnh hƣởng của prebiotic lên lipid máu 9
Bảng 1.4: Hàm lƣợng FOS của một số loại cây quả (mg/g chất khô) 18
Bảng 1.5: Đặc tính của FOS so với một số loại đƣờng khác 20
Bảng 1.6 : Nguồn thực vật tổng hợp FOS 24
Bảng1.7 : Vi sinh vật tổng hợp enzym sản xuất FOS 24
Bảng 1.9: Thành phần của trans-galactooligosaccharides: 37
Bảng 1.10 : Kết quả kiểm tra vai trò của TOS trên động vật. 39
CHƢƠNG 2…………………………………………………………………………………… 47

Bảng 2.1 Tính chất hóa lí của các prebiotic nghiên cứu 50
Bảng 2.2. Khả năng sống của LC-01, LB trong môi trƣờng khảo sát bảo quản ở 4
o
C 55
Bảng 2.3 Hoạt độ nƣớc của các mẫu thí nghiệm Lactobacillus, Bifidobacterium 62
Bảng 2.4 Tính chất lí hóa và lƣợng tế bào sống của kẹo 68
Bảng 2.5 Bacteriocin đƣợc sản xuất bởi vi khuẩn probiotic 70
Bảng 2.6 Khả năng kháng khuẩn của chủng Lactococcus lactis 71

















iv

DANH MỤC HÌNH
CHƢƠNG 1…………………………………………………………………………………… 2
Hình 1.1: Đơn phân monosaccharide của các NDOs 6

Hình 1.2 Chuyển hóa acid béo ở gan 10
Hình 1.3 Lượng tế bào sống probiotic qua thời gian bảo quản 14
Hình 1.4 Giá trị pH và độ acid của L. acidophilus La-5 theo thời gian bảo quản 14
Hình 1.5 Hàm lượng N phân giải L.casei-01 (a) or L. acidophilus La-5 (b). 15
Hình 1.6: Sơ đồ các quá trình sản xuất của oligosaccharide prebiotic 17
Hình 1.7: Công thức cấu tạo của FOS 19
Hình1.8: Sự thay đổi nồng độ insulin trong máu 21
Hình1.9: Sự thay đổi nồng độ glucose trong máu 21
Hình 1.10: Cơ chế chuyển hóa tạo FOS từ sucrose của FTS A.pullulans 27
Hình 1.11 Quy trình công nghệ sản xuất FOS cao độ ở quy mô công nghiệp 33
Hình 1.12 Quá trình oxy hóa glucose dưới tác dụng của enzyme GOD 34
Hình 1.13: cấu trúc hoá học của inulin 36
Hình 1.14 Biểu đồ chuyển hóa prebiotics 41
Hình 1.15: Hệ thống sấy thăng hoa………………………………………………………… 46
CHƢƠNG 2………………………………………………………………………………… 47
Hình 2.1 Quy trình công nghệ sản xuất kẹo viên synbiotic 48
Hình 2.2 Hiệu quả sử dụng của prebiotic lên probitic ………………………………… 52
Hình 2.3 Biểu diễn sự thay đổi pH và TA cho bốn mẫu bảo quản ở 4
0
C. 54
Hình 2.4 Phương pháp vi gói phun phủ 57
Hình 2.5 Kĩ thuật tạo hạt gel vi gói 58
Hình 2.6 Phần cắt ngang của gel casein sau vi gói Lactobacillus,Bifidobacterium 59
Hình. 2.7 Khả năng sống tế bào Bifidobacterium và Lactobacillus trong các mẫu khi
sấy thăng hoa. 61
Hình 2.8 Lượng tế bào Lactobacillus trên môi trường khảo sát trong sấy thăng hoa 63
Hình 2.9 Khả năng sống của Bifidobacterium bảo quản ở 4
o
C và 25
o

C, 11% 65
Hình 2.10 Khả năng sống của Bifidobacterium bảo quản ở 4
o
C và 25
o
C, độ ẩm 33% 65
Hình 2.11 Khả năng sống của Lactobacillus bảo quản ở 4
o
C và 25
o
C, độ ẩm 11% 66
Hình 2.11 Khả năng sống của Lactobacillus bảo quản ở 4
o
C và 25
o
C, độ ẩm 33% 67
Hình 2.13 Vi khuẩn gây bệnh bị ức chế hoạt động ở pH thấp (<3.5)………………… 69
Hình 2.14 Khả năng kháng khuẩn của dịch bacteriocin của chủng Lc.lactis ……… … 72



v

MỞ ĐẦU

Ngày nay, ta dƣờng nhƣ quá quen thuộc với các sản phẩm chức năng hỗ trợ tăng
cƣờng sức khỏe con ngƣời, giúp phòng ngừa và có thể chữa trị nhiều loại bệnh. Trong
số đó, có tác dụng khá lớn và cũng đƣợc nhắc đến khá nhiều đó là các sản phẩm có bổ
sung probiotic, nhƣ là: sữa chua probi, yakult, kem probiotic, phomat có chứa probiotic.
Thế nhƣng, khái niệm kẹo synbiotic là còn mới lạ, probiotic là những vi sinh vật

có tác động có lợi cho con ngƣời và động vật, nhƣ là lợi ích cho đƣờng tiêu hóa, tăng
cƣờng hệ miễn dịch, giảm dị ứng lactose, giảm ung thƣ…Prebiotic là những thành phần
chất không tiêu hóa đƣợc, nhƣng có thể đƣợc lên men bởi hệ vi sinh vật đƣờng ruột
mang lại những lợi ích cho cơ thể chủ. Những lợi ích này sẽ càng có hiệu quả hơn nếu
kết hợp probiotic với prebiotic chức năng. Sự kết hợp đồng thời probiotic và prebiotic
mang lại sản phẩm synbiotic, cho nhiều tác động có lợi hơn nhiều so với khi chỉ sử
dụng đơn lẻ từng chất.
Viên kẹo synbiotic mang hƣơng vị sữa chua là một sản phẩm có sự kết hợp đó,
nhằm mang lại hiệu quả cao hơn cho sức khỏe con ngƣời. Với những điểm thú vị còn
chƣa khai thác hết, đã cuốn hút sinh viên thực hiện đề tài ―nghiên cứu sản xuất kẹo
viên synbiotic‖, mong muốn đƣợc làm sáng tỏ hơn lợi ích về synbiotic cũng nhƣ về sản
phẩm kẹo chức năng.
Nội dung và mục tiêu cần đạt đƣợc trong đề tài:
- Nghiên cứu sản xuất prebiotic, cụ thể là FOS trong quy mô công nghiệp, để
làm thành phần quan trọng bổ sung vào kẹo viên synbiotic.
- Nghiên cứu quy trình sản xuất kẹo synbiotic.
- Khảo sát ảnh hƣởng có lợi của prebiotic lên probiotic trong sản phẩm.
- Khảo sát yếu tố vi gói và tối ƣu môi trƣờng sấy thăng hoa, tác động của
chúng lên sự sống của probiotic.
- Khảo sát điều kiện bảo quản sản phẩm.
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Thực phẩm chức năng cho hệ tiêu hóa:
1.1.1. Thực phẩm đƣờng ruột
Vi khuẩn thƣờng trú trong ruột già phụ thuộc vào nguồn cơ chất cung cấp cho
sự hoạt động và tăng sinh của chúng. Cơ chất này chủ yếu đƣợc cung cấp bởi chế độ ăn

uống, cũng có một phần từ nguồn nội sinh nhƣ mucin và chondroitin sulphate. Bất kỳ
thực phẩm nào không tiêu hóa ở phía trên đƣờng tiêu hóa (dạ dày, ruột non) đƣợc xem
là một thực phẩm đƣờng ruột cho các vi sinh vật cƣ trú tại ruột già, phụ thuộc vào quá
trình lên men xảy ra, chúng có thể có những tác động tích cực hay tiêu cực cho sức
khỏe của vật chủ [17].

Nguồn dinh dƣỡng carbohydrate là tiền chất chính cho quá trình lên men, ATP
đƣợc hình thành thông qua phosphoryl hóa cơ chất, phân hủy saccharose. Nguồn
cacbon chủ yếu là dinh dƣỡng cho vi khuẩn phát triển trong ruột già là tinh bột,
polysaccharide, cùng với các protein, peptide khác nhau và carbohydrate trọng lƣợng
phân tử thấp. Một loạt các endo và exo-glycosidase, protease, các amino- peptidase của
vi khuẩn có thể phân hủy các polyme phức tạp này, hình thành sản phẩm nhỏ hơn:
đƣờng, amino axit. Vi khuẩn đƣờng ruột sau đó có khả năng lên men các chất trung
gian này để thành chất chuyển hóa có lợi khác.
1.1.2. Chuyển hóa thực phẩm đƣờng ruột
Các sản phẩm chủ yếu của lên men carbohydrate là các axit béo chuỗi ngắn
(SCFA) và các loại khí. Phần lớn các sản phẩm cuối cùng (95-99%) đƣợc hấp thu vào
máu. SCFA sinh ra là acetate, propionate và butyrate. Ngƣời ta cho rằng acetate đƣợc
làm sạch ở cơ bắp. Propionate phần lớn bị hủy trong gan, trong khi butyrate là nguồn
năng lƣợng chính cho đƣờng ruột, các axit hữu cơ chẳng hạn nhƣ succinat và pyruvate
thì làm tăng hiệu quả lên men trong ruột già. Các hệ thống trao đổi chất của SCFA
trong gan đƣợc cho là đóng góp khoảng 7-8% nhu cầu năng lƣợng hàng ngày cho vật
chủ , tất cả cho thấy vai trò quan trọng của vi sinh vật đƣờng ruột trong quá trình dinh
dƣỡng ngƣời[17].
Sản phẩm cuối chiếm ƣu thế của quá trình lên men protein, gồm hợp chất
phenol, amoniac và một số amine. Những chất chuyển hóa này có liên quan trạng thái
lâm sàng nhƣ tâm thần phân liệt, tạo khối u, chứng đau nửa đầu.
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 3

Từ đây cho thấy, sản phẩm phân giải saccharose trong ruột là lành tính, trong khi
những chất phát sinh từ sự phân giải protein là bất lợi. Nhƣ vậy, có những kết quả tích
cực cũng nhƣ tiêu cực liên quan đến quá trình lên men vi khuẩn đƣờng ruột.
1.1.3. Hệ vi sinh vật đƣờng ruột:
Đƣờng ruột con ngƣời là một hệ khuẩn khu trú phức tạp trong đó có sự
tồn tại cân bằng hài hòa giữa các vi sinh đƣờng ruột và cơ thể chủ. Vi khuẩn đƣờng
ruột đƣợc dùng nhƣ là một kích thích chính cho sự phát triển của hệ thống miễn dịch
niêm mạc (Deplancke và Gaskins năm 2002; Macfarlane và Cummings 2002).

Cho tới nay, kiến thức về thành phần hệ vi khuẩn đƣờng ruột đã đƣợc nghiên
cứu, có chứa khoảng 400-500 loài vi sinh vật khác nhau trong đƣờng ruột. Các nhóm
chính có lợi quan trọng là Bacteroide, với đóng góp đáng kể : Bifidobacteria,
Clostridia, Fusobacteria, Eubacteria, Lactobacilli, Coliform, Peptococci,
Peptostreptococci, Streptococci kỵ khí. Số lƣợng các vi khuẩn đƣờng ruột lớn có thể
cao tới 10
12
trên gam vật liệu phân, và có nhiều đóng góp tích cực cho hệ tiêu hóa,
chống táo bón, tiêu chảy [17].

Hệ vi sinh vật của ruột già cũng có chứa các thành phần gây bệnh nếu phân giải
protein, sinh sản phẩm gây hại. Hơn nữa, cơ quan này là nơi cho các tác nhân gây bệnh
xâm nhiễm, chẳng hạn nhƣ các ký sinh trùng, vi rút và bacteria. Tác nhân vi khuẩn gây
bệnh truyền qua thực phẩm bao gồm Campylobacter, Salmonellae, Listeria và một số
chủng Escherichia coli. Theo thống kê năm 1996, E. coli sản xuất ra chất độc
verocytoxin (VTEC) O157, làm 21 ngƣời chết, chúng cũng đƣợc cho là nguyên nhân
gây các bệnh đƣờng ruột nghiêm trọng nhƣ bệnh viêm ruột (loét đại tràng, bệnh Crohn),
ung thƣ ruột kết.

Mới đây (tháng 6- 2011) Viện gen Beijing Genomics đã phát hiện và

khẳng định dòng E.coli O104 đang hoành hành ở châu Âu là một dòng vi khuẩn mới có
tính dễ truyền nhiễm và siêu độc, có khả năng kháng các loại kháng sinh chính nhƣ
sulfonamide, cephalothin, penicillin và streptomycin; chủng này đã gây tử vong 22
ngƣời [43].
1.1.4. Thực phẩm chức năng đƣờng ruột:
Nhìn chung, các thành phần khác nhau của các vi sinh vật đƣờng ruột có thể
mang lại những giá trị thúc đẩy sức khỏe cũng có thể có những tác động tiêu cực gây ra
bệnh tật.
Từ đây, cần có chế độ dinh dƣỡng hợp lí, hỗ trợ bổ sung hệ vi khuẩn chức năng
có lợi, và xem xét nguồn thực phẩm chức năng dùng cho hệ vi sinh này, thông qua đó
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 4

sẽ hạn chế đƣợc vi khuẩn gây hại. Probiotic, prebiotic và synbiotic là tất cả các phƣơng
pháp tiếp cận để cải thiện sức khỏe vật chủ bởi sự củng cố hệ vi khuẩn lợi trong đƣờng
ruột. Đồng thời mang lại nhiều hiệu quả tích cực cho sức khỏe nhƣ: giảm ung thƣ, cải
thiện hệ xƣơng, duy trì hệ tiêu hóa khỏe mạnh, tăng cƣờng hệ miễn dịch, ngừa sâu răng,
giảm cholesterol trong máu… Từ những lợi ích lớn của dòng thực phẩm chức năng
đƣờng ruột này mang lại, đã cuốn hút sinh viên tìm hiểu và mong muốn nghiên cứu
mảng thực phẩm probiotic, prebiotic, synbiotic này; và đi tìm hiểu cụ thể về ―sản xuất
kẹo viên synbiotic‖.
1.2. Tổng quan về prebiotic
1.2.1. Định nghĩa prebiotic
Prebiotic đƣợc xác định và định tên lần đầu tiên vào năm 1995 do Marcel
Robertfroid và Gibson, cho rằng: ―Prebiotic là những thành phần thực phẩm không tiêu
hóa, mang hiệu quả có lợi cho vật chủ bằng cách kích thích chọn lọc sự tăng trƣởng và
hoạt động của một số hữu hạn vi khuẩn trong ruột kết, và do đó cải thiện sức khỏe vật
chủ‖ [15].
Tính chất của prebiotic có tiêu chí cải thiện sức khỏe bởi sự kích thích có chọn

lọc sự sinh trƣởng và hoạt động của một số hữu hạn vi khuẩn ruột, điều này khó mà xác
định đƣợc. Từ đây, các tác giả xem xét lại khái niệm và đề nghị một định nghĩa
mới[16]:
"Một prebiotic là thành phần không tiêu hóa, đƣợc lên men chọn lọc bởi vi sinh vật
đƣờng ruột, cho phép những thay đổi cụ thể, cả về thành phần và hoạt động của hệ vi
khuẩn đƣờng tiêu hóa, đem lại lợi ích và sức khỏe cho cơ thể chủ ".
Định nghĩa mới, cho thấy một sự phối hợp, cân bằng "prebiotic" và
"Bifidogenic", làm gia tăng nồng độ bifidobacteria trong phân ứng với mỗi gam
probiotic đƣợc bổ sung hàng ngày. Hiệu quả của bifidogenic phụ thuộc vào loại, nồng
độ của prebiotic và vào nồng độ bifidobacteria trong ruột của vật chủ.
Theo những nghiên cứu và báo cáo, Gibson và Roberfroid khẳng định : prebiotic
là nhóm các oligosaccharide, nhƣng không phải bất cứ loại carbonhydrate nào cũng có
thể xếp vào nhóm prebiotic mà chúng cần thoả mãn các yêu cầu sau:
- Chống chịu đƣợc môi trƣờng acid của dạ dày, không bị phân giải bởi
enzyme động vật và không bị hấp thu ở ruột non.
- Có khả năng lên men bởi các vi khuẩn đƣờng ruột.
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 5

- Kích thích sự phát triển và hoạt tính của các vi khuẩn có lợi cho sức khoẻ.
Prebiotic không nhất thiết phải là các chất không bị tiêu hoá mà chỉ cần khi đến
ruột kết chúng vẫn còn một lƣợng đủ lớn để làm cơ chất cho quá trình lên men ở đây.
Những carbohydrate nhƣ inulin và oligofructose (OF), (trans-) galacto-
oligosaccharides (TOS hoặc GOS) hoặc lactulose, thỏa mãn đầy đủ các tiêu chí, có thể
đƣợc lên men bằng vi khuẩn đƣờng ruột, (xem bảng 1.1; [33]).
Bảng 1.1: Các oligosaccharide, prebiotic

Prebiotic Cấu trúc Nguồn trích Tác động
Fructooligosacchride (FOS) -D-Glu[-(12)--D-Fru]

n
,n=2-4 Tổng hợp từ Sac bởi -Fru B, P
Oligofructo [-D-Glu]
m
-D-Fru[-(12)--D-Fru]
n
Thủy phân inulin B, P
Inulin -D-Glu[-(12)--D-Fru]
n
,n=10-60 chicoree B, P
Galactooligosaccharide và TOS -D-Glu[-(14)--D-Gal[-(16)--Gal]
n
Tổng hợp từ lac bởi -Gal B, P
Oligosaccharide đậu nành [-D-Gal-(16)]
n
-D-Glu[-(12)--D-Fru Từ đậu nành B
Lactulose [-D-Gal-(14) --D-Fru Lac B,P,PM
Lactosucrose [-D-Gal-(14) --D-Glu-(12)--D-Fru Lac+Sac ( tổng hợp bởi -Fru) B
Glucooligosaccharide Sac+Mal(tổnghợpbởiGlT) B,nnE
Xylooligosaccharide (XO) -Xyl[-(1-4)- -Xyl]
n
n=1-8 Trích từ bắpxylanthủy phân B
isomalto oligosaccharide(IMO) -D-Glu[-(16) -D-Glu]
n
n=1-4 Thủy phân tinh bột(AmyAmy+Glase
Maltooligosaccharid -D-Glu[-(14) -D-Glu]
n
n=1-6 Thủy phân tinh bột(-Amy+ iso-Amy)
Viết tắt: Glu= Glucose, Fru= Fructose, Sac= Saccharose, Gal= Galactose, Mal=Maltose, -Fru=-Fructofuranosidase, -
Gal=-Galactosidase, GlT= Glucosyltransferase, //iso Amy=//iso-Amylase, -Glase = -Glucosidase, B=Bifidogen ,

P= pathogenic bacteria, PM= putrefactive metabolites, nnE= neonantal necrotising Enterocolitis
[33]
1.2.2. Tính chất prebiotic
Các carbohydrate có thể đƣợc phân loại theo kích thƣớc phân tử hoặc mức độ
trùng hợp (số đơn vị monosaccharide kết hợp), thành các monosaccharit,
oligosaccharide hoặc polysaccharide. Theo danh pháp IUPAC, oligosaccharide đƣợc
định nghĩa là các saccharide có chứa từ 3 đến 10 đƣờng đơn. Cũng có định nghĩa khác,
số đơn phân có thể tăng lên 3-19 đơn vị.
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 6

Đồng thời, dựa trên những đặc tính sinh lý, có thể phân loại thành các
carbohydrate tiêu hóa hoặc không tiêu hóa đƣợc. Prebiotic - oligosaccharide không tiêu
hóa (NDOs) có các nguyên tử C anomeric : C1 hay C2 trong các đơn vị
monosaccharide, có một cấu hình liên kết osidic không thể tiêu hóa đƣợc bởi sự thủy
phân của enzyme tiêu hóa (Roberfroid & Slavin, 2000). Các NDOs hiện có sẵn trong tự
nhiên , thành phần trong sản phẩm thực phẩm thƣờng có các monosaccharide đơn vị là
fructose, galactose, glucose và xylose (Hình 1.2) [35].


Hình 1.1: Đơn phân monosaccharide của các NDOs [35]

1.2.2.1. Tính chất hóa lí
NODs đƣợc hòa tan trong nƣớc và cho độ ngọt bằng 0,3-0,6 lần vị ngọt của
sucrose. Trong thực tế, vị ngọt phụ thuộc vào cấu trúc hóa học, mức độ trùng hợp của
các oligosaccharide. Theo Roberfroid và Slavin (2000) độ ngọt giảm dần khi chiều dài
chuỗi oligosaccharide tăng lên. Cƣờng độ ngọt thấp này khá hữu ích chế biến trong các
loại thực phẩm, có thể dùng để thay thế sucrose (có nhƣợc điểm độ ngọt hơi cao).
Ngoài ra, khi so sánh với mono-và disaccharide, prebiotic có trọng lƣợng phân

tử lớn hơn, tƣơng ứng cũng sẽ có độ nhớt cao hơn.
Sự ổn định có thể khác nhau ở từng oligosaccharide prebiotic, tùy thuộc vào dƣ
lƣợng đƣờng, dạng vòng C cấu hình anomeric và các loại liên kết. Mối liên kết β-
glycosidic thì mạnh hơn mối liên kết α-glycosidic, và đƣờng hexose liên kết bền vững
hơn đƣờng pentose. Tuy nhiên, ở pH < 4.0 và nhiệt độ cao hoặc lƣu trữ trong thời gian
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 7

dài tại điều kiện phòng, bất kì oligosaccharide nào trong thực phẩm đều có thể bị thủy
phân, dẫn đến việc mất dinh dƣỡng và giảm tính chất hóa lý (Voragen, 1998).
Các oligosaccharide prebiotic cũng có thể đƣợc sử dụng để làm thay đổi nhiệt độ
đóng băng của thực phẩm đông lạnh, đƣợc dùng để điều khiển cƣờng độ màu của thực
phẩm do phản ứng Maillard; trong quá trình gia nhiệt chế biến, chúng cũng làm tăng
khả năng giữ ẩm.
Giá trị calo của NDOs đƣợc ƣớc tính là 1,5-2,0 kcal/g, chiếm khoảng
40-50% của những carbohydrate tiêu hóa nhƣ sucrose (Sako và cộng sự, 1999.)

1.2.2.2. Tính chất sinh lí
Mặc dù oligosaccharide có tính chất hóa lý quan trọng , nhƣng các lợi ích mang
đến trong thành phần thực phẩm lại chủ yếu do đặc tính sinh lý quyết định.
 Prebiotic là những chất khó tiêu:
Prebiotic khó tiêu là do cấu trúc hoá học của nó: cấu tạo từ nhiều đơn phân
( n>= 3), và có những đơn vị tạo liên kết β-glycosidic, không bị thủy phân bởi enzyme
tiêu hóa và acid dịch vị; chính vì vậy có tính bền vững hay một số tính chất đƣợc nêu
trong phần tính chất hóa lý.
Hai công trình nghiên cứu của Bach Knudsen và cộng sự (1995) và Ellegard
(1997) đã chứng minh prebiotic vẫn giữ nguyên một lƣợng lớn (86 – 89%) khi đến ruột
già [19].
Bảng 1.2: Khả năng tiêu hoá của một số prebiotic trên đƣờng ruột ngƣời

Cơ chất
Mô hình thí
nghiệm
Lƣợng
nạp vào
Lƣợng
còn lại
Phần trăm
còn lại
Tác giả công bố, năm


(g)
(g)
(%)

Inulin
Kỹ thuật mở
thông ruột
hồi
7.07
6.1
86
Bach Knudsen và Hessov,
1995
21.2
18.4
87
Inulin
nt

17.0
15.0
88
Ellegard và cộng sự, 1997
Oligofructose
nt
15.5
13.8
89
Oligofructose
nt
20.1
6.0
89
Molis và cộng sự, 1996
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 8

Một số kết quả nghiên cứu khác cũng đã chỉ ra khả năng không bị tiêu hoá của
prebiotic nhƣ: khi dung nạp prebiotic thì lƣợng đƣờng trong máu không tăng (Hidaka,
1986; Rumessen, 1990). Prebiotic khó bị phân giải bởi dịch tiêu hoá từ dạ dày (Nilsson
và cộng sự, 1988).
Những kết quả trên cùng với hàng loạt nghiên cứu khác đã chứng tỏ prebiotic
không bị tiêu hoá trong đƣờng tiêu hoá của ngƣời.
 Prebiotic là nguồn dinh dƣỡng của vi sinh vật có lợi trong đƣờng ruột.
Nhƣ vậy prebiotic sau khi đi qua gần hết ống tiêu hoá vẫn còn một lƣợng lớn.
Khi đến ruột già prebiotic trở thành nguồn dinh dƣỡng cho hệ vi sinh vật ở đây. Trong
số các nhóm vi khuẩn kị khí bắt buộc hiện diện trong đƣờng tiêu hóa, các bifidobacteria
và lactobacilli là những chủng sử dụng chủ yếu oligosaccharide đƣợc coi là các vi

khuẩn có lợi. Lúc này prebiotic đƣợc lên men nhờ khuẩn lợi ở ruột kết.
Sở dĩ các vi sinh vật này có khả năng sử dụng prebiotic là do chúng có thể tiết ra
một số enzyme ngoại bào có khả năng phân giải các liên kết -(2-1)glycosidic. Sản
phẩm của quá trình lên men prebiotic là acid béo mạch ngắn (SCFA) nhƣ acetate,
propionate, butyrate và L-lactate, sinh khối vi sinh vật, và các khí CO
2
, H
2
, CH
4
. Tuy
nhiên chỉ một chủng vi sinh vật thì chƣa đủ để lên men tuyệt đối prebiotic mà cần sự
phối hợp của nhiều chủng khác nhau. Ví dụ nhƣ các chủng Bacteroide có khả năng sử
dụng carbohydrate có chỉ số polymer hoá (DP) cao, trong khi các chủng Bifidobacteria
chỉ sử dụng đƣợc các loại carbohydrate với chỉ số DP thấp.
Khả năng lên men, tốc độ lên men prebiotic còn phụ thuộc vào cấu trúc, độ trùng
hợp, liên kết glycosidic, mức độ phân nhánh của chúng, sự kết hợp với vi khuẩn trong
quá trình lên men, mối quan hệ giữa cơ chất và các sản phẩm lên men (Voragen, 1998).
Prebiotic mạch thẳng thì dễ lên men hơn prebiotic mạch nhánh. Prebiotic có cấu trúc
càng giống tự nhiên thì càng dễ tiêu thụ bởi các vi sinh vật đƣờng ruột.
1.2.3. Tác động có lợi cho sức khỏe ngƣời
1.2.3.1. Tác động lên chế độ ăn uống
Prebiotic không bị tiêu hóa bởi enzyme trong đƣờng ruột. Vì vậy, chúng
làm tăng kích thƣớc khối phân, trọng lƣợng phân, và tần số phân, có tác động tích cực
phòng táo bón và tốt cho niêm mạc ruột già [8]. Prebiotic cho tác dụng tích cực khi sử
dụng đều hàng ngày, và với lƣợng dùng là 2-10g/ngày.
1.2.3.2. Tác động lên hệ vi khuẩn đường ruột
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 9

Ảnh hƣởng tích cực của prebiotic và synbiotics cho hệ vi khuẩn đƣờng ruột là
thúc đẩy tăng sinh các vi khuẩn có lợi (bifidobacteria và lactobacilli) , ức chế các vi
sinh vật có khả năng gây bệnh, cũng nhƣ sự ổn định của môi trƣờng đƣờng ruột bằng
cách giảm pH và sinh ra axit hữu cơ chuỗi ngắn, đã đƣợc nghiên cứu, xác nhận trong
các thí nghiệm và đƣợc kiểm tra khảo sát lại trên cơ thể động vật. Inulin, oligofructose,
TOS, synbiotic làm tăng bifidobacteria và lactobacilli, ức chế chủng vi khuẩn gây bệnh
cho con ngƣời và động vật (Clostridium spec., E. coli, Campylobacter jejuni,
Enterobacterium spec., Salmonella enteritidis, hoặc S. typhimurium).

1.2.3.3. Tác động lên sự chuyển hóa lipid
Những nghiên cứu gần đây nhằm đánh giá prebiotic ảnh hƣởng lên
lipid máu (Bảng 1.3). Ba nghiên cứu cho thấy giảm đáng kể cholesterol lipoprotein
lƣợng thấp (LDL) và tổng số, không có thay đổi đáng kể triacylglycerol (TAG) [28].

Bảng 1.3 Ảnh hƣởng của prebiotic lên lipid máu



Tác giả fructan Liều lƣợng Ảnh hƣởng lên
Lipid glucose
Yashashati cs FOS 8g ( 2 w)  TC,  LDL glucose
Canzi cs inulin 9g (4 w)  TC NS
Luo cs FOS 20g (4 w) NS NS
Causey cs inulin 20g (3 w)  TAG NS
TC:

cholesterol tổng, NS: không đáng kể, w: tuần
[17]

 Cơ chế hạ lipid của prebiotic
Prebiotic đƣợc biết nhƣ một cơ chất lý tƣởng cho phát huy hoạt động của vi
khuẩn trong ruột kết, đáng chú ý bifidobacteria và lactobacilli. Trong quá trình lên
men các sản phẩm sinh ra bao gồm các loại khí (H
2
S, CO
2
, H
2
, CH
4
), lactate và SCFAs
(acetate, butyrate và propionate). Các SCFAs, acetate và propionate đi vào dòng máu,
và sẽ đƣợc sử dụng bởi gan. Acetate đƣợc chuyển thành acetyl CoA trong gan và có
vai trò nhƣ là một cơ chất cho sự tổng hợp lipid ; trong khi propionate đã đƣợc báo cáo
ức chế sự tổng hợp lipid. Butyrate, mặt khác, đƣợc phân giải bởi các tế bào ruột già
(colonocytes) và đã đƣợc chứng minh chống lại sự hình thành khối u trong đƣờng ruột.
Các loại SCFAs đƣợc sản xuất trong quá trình lên men phụ thuộc vào các chủng vi
khuẩn, các chủng này đƣợc kích hoạt bởi prebiotic. Inulin đã đƣợc chứng minh là tăng
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 10

cả lƣợng acetate và butyrate, galacto-oligosaccharides cũng có tác dụng làm tăng sản
xuất acetate và propionate và xylo-oligosaccharides chỉ tăng acetate [17].
Trong một nghiên cứu đã xác định cơ chế hoạt động của prebiotic lên động vật,
mà hai đại diện quan trọng là inulin và FOS. Các nghiên cứu in vitro thử nghiệm trên
tế bào gan chuột , cho rằng hoạt động OF có liên quan đến sự ức chế tổng hợp
cholesterol nhờ SCFA propionate. Trực tràng có mặt acetate và propionate, kết quả là
propionate ngăn cản sự hợp nhất acetate đến TAG đƣợc giải phóng từ gan. Fiordaliso

và cs chứng minh giảm đáng kể TAG trong máu, phospholipid và cholesterol trong
chuột, khi chúng đƣợc cho ăn với 10% (w/v) OF. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng
FOS làm giảm lƣợng lipoprotein mức thấp (VLDL), TAG và phospholipid đƣợc tổng
hợp trong gan thông qua este hóa acid béo và glycerol-3-phosphate để tạo thành
VLDL. Việc giảm cholesterol trong những con chuột chỉ cho kết quả sau khi thời gian
dài (16 tuần) cho ăn với OF. Bằng chứng gần đây cho rằng ảnh hƣởng của OF làm
giảm VLDL TAG là do làm giảm hoạt động của các enzym lipogenic (acetyl-CoA ,
cacboxylaza, acid béo synthase, enzym malic, ATP citrate lyase và glucose 6-
phosphate dehydrogenase). Hình 1.2
1.2.3.4. Ảnh hưởng lên đường huyết: glucose và isulin
Cơ chế tác động của prebiotic vào việc giảm mức độ glucose và insulin
đƣợc đề xuất có liên quan với các SCFA, đặc biệt là propionate. Một nghiên cứu trên
động vật gần đây cho thấy một sự suy giảm cả insulin và glucose sau bốn tuần cho ăn
với OF. Các hiệu ứng này đã đƣợc hình thành do hoạt động của OF lên sự tiết hormone
ruột, glucosedependent insulinotropic polypeptide (GIP) ở ruột non và glucagon-like
peptide 1 (GLP- 1) ở cuối hồi tràng và đại tràng [17] .


Hình 1.2 Chuyển hóa acid béo ở gan [17]

Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 11

1.2.3.5. Dinh dưỡng cho trẻ sơ sinh

Trong những năm gần đây những nỗ lực đã đƣợc thực hiện để cải thiện chế độ
dinh dƣỡng cho trẻ bú bình nhằm tạo ra một hệ vi sinh vật đƣờng ruột chứa lợi khuẩn
cao tƣơng tự nhƣ của trẻ sơ sinh bú sữa mẹ trong 2 đến 3 tháng đầu. Điều này đã đƣợc
thực hiện bằng cách cho trẻ bú sữa có bổ sung cả probiotic: bifidobacteria , lactobacilli

và Fructo, galacto-oligosaccharide . Yếu tố quyết định sự thành công đó là lựa chọn áp
dụng bổ sung Fructo và galactooligosaccharide [28].
Oligosaccharide sữa mẹ đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và điều
hòa miễn dịch của sữa mẹ. Nếu đều đặn bổ sung oligofructose, galacto-oligosaccharide
vào các công thức dành cho trẻ sơ sinh với số lƣợng 0,4-1 g/100 ml trong thời gian
nuôi từ 3 đến 12 tuần tuổi, sẽ cho kết quả gia tăng đáng kể bifidobacteria trong phân từ
20% đến xấp xỉ 60% (em bé bú sữa mẹ ~ 80%).
Ngoài ra, các thí nghiệm ở động vật cũng nhƣ các nghiên cứu ở trẻ sơ sinh và trẻ
em (1 và 14 tuổi ), cho thấy lợi thế khác của việc bổ sung prebiotic, probiotic , hoặc
synbiotic vào thực phẩm cho trẻ đã làm giảm viêm ruột non, giảm rotavirus và do đó
làm giảm tiêu chảy ở trẻ em [24].
Trẻ em ở Thái Lan, Brazil, Mexico, Tây Ban Nha, và Bồ Đào Nha mắc chứng
suy dinh dƣỡng, chế độ cho ăn bổ sung prebiotic đã làm tăng hấp thu canxi giúp tăng
trƣởng và cải thiện sức khỏe cũng nhƣ kích thích miễn dịch, làm giảm các vấn đề dị
ứng [31].
1.2.3.6. Ảnh hưởng bất lợi của prebiotic
Tác dụng phụ của carbohydrate prebiotic, nếu dùng số lƣợng quá nhiều prebiotic
,qua quá trình lên men trong ruột già sinh ra lƣợng lớn khí có thể dẫn đến đầy hơi, hoặc
làm rối loạn tiêu hóa , và tiêu chảy. Trong một thử nghiệm cho 80 ngƣời khỏe mạnh
dùng 31g - 41g oligofructose, tƣơng ứng 0,04- 0,06 g/kg trọng lƣợng cơ thể [53]. Nhận
đƣợc kết quả là một số ngƣời trong số họ bị rối loạn tiêu hóa. Nhìn chung, nên dùng
10-20 g oligofructose hoặc inulin mỗi ngày sẽ không gây tác dụng phụ.

1.2.4. Tác động của prebiotic lên probiotic
Nếu prebiotic đƣợc bổ sung chúng sẽ ảnh hƣởng đến đƣờng ruột và có tính
nhuận tràng, thông qua việc tác động lên các lợi khuẩn hoặc probiotic. Acid béo mạch
ngắn ( SCFA) là sản phẩm chính của prebiotic lên men, chúng làm kích hoạt sự phát
triển của vi khuẩn và quá trình lên men.
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 12

Để có thể phát huy tác dụng, prebiotic cần đi đến manh tràng. Nhƣ đã biết
prebiotic khó bị tiêu hóa bởi enzyme ruột non và tuyến tụy do cấu trúc hóa học, cũng
nhƣ tỉ lệ cơ chất của từng loại prebiotic ( có loại prebiotic tinh khiết chứa đến 86-87%
oligosaccharide nhƣ inulin và FOS, có loại chỉ chứa 20- 30% oligosaccharide còn lại là
tinh bột và polysaccharide không phải tinh bột nhƣ XOS chứa 29.4% oligosaccharide,
41% tinh bột, 15% là monosaccharide) [23]
Prebiotic khi đến đƣợc manh tràng sẽ là những cơ chất tiềm năng cho lên men
bởi hệ vi khuẩn. Trong phần này sẽ khảo sát sự ảnh hƣởng, tác động của inulin và FOS
lên vài chủng probiotic đại diện: L. casei , L. paracasei, Lactobacillus acidophillus,
Bifidobacterium lactis, Bifidobacterium animalis. Các chủng giống đƣợc phân lập và
nuôi trên10% (w / v) thạch sữa tách kem (Himedia, Ấn Độ) ủ ở 37
o
C trong 72h điều
kiện hiếu khí cho và chủng Lactobacillus paracasei, điều kiện kỵ khí cho các chủng
khác Lactobacillus acidophillus, Bifidobacterium lactis, Bifidobacterium animalis. Các
chủng qua sấy thăng hoa sẽ đƣợc kích hoạt cấy trên môi trƣờng MRS (Biokar
Diagnostics, Pháp).

Tiến hành thử nghiệm khảo sát trên ba nhóm môi trƣờng, chuẩn bị nhƣ sau:
- Môi trƣờng sữa kiểm chứng: lƣợng 50-ml sữa bò tiệt trùng ở 110-112
0
C
trong 10 phút.
- Môi trƣờng sữa đông tụ probiotic: tƣơng tự cho lƣợng 50-ml sữa bò tiệt
trùng ở 110-112
0
C trong 10 phút, có thêm 2% các chủng L. casei-01, L.
acidophilus La-5 hoặc B. lactis B94

- Môi trƣờng sữa đông tụ synbiotic : giống môi trƣờng sữa probiotic nhƣng
đƣợc bổ sung thêm 20 g L
-1
một hỗn hợp của FOS: Inulin (50:50) (Beneo-
Orafti, Bỉ).
Tiến hành phân tích hóa học để đánh giá:
- Độ pH của các môi trƣờng sữa đông bằng cách đo trực tiếp với pH kế
(Micro pH năm 2002, Crison, Tây Ban Nha), trong khi độ axit đƣợc xác định
theo phƣơng pháp AOAC (1990).
- Đánh giá thành phần acid hữu cơ và đƣờng sử dụng trong các mẫu sữa đông
bằng bộ máy HPLC của Merck LaChrom (Fullerton CA, USA).
- Tổng nitơ (TN): N tan trong nƣớc (WSN) và phi protein (NPN) đƣợc xác
định theo phƣơng pháp Kjeldahl.
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 13


Dùng phƣơng pháp phân tích ba chiều của phƣơng sai (ANOVA) để đánh giá ý
nghĩa thống kê của thí nghiệm.
Qua các thí nghiệm ta thu các kết quả nhƣ sau:
 Khả năng tồn tại của probiotic
B. lactis B94 và L. casei-01, trong cả hai môi trƣờng sữa đông probiotic và
synbiotic, đạt đƣợc số lƣợng tế bào tối đa là 10
9
-10
10
cfu g-
1
trong 5 đến 30 ngày bảo

quản (Hình 1.3 a, b) trong môi trƣờng sữa đông probiotic L. acidophilus La-5 đã
không thể hiện một sự tăng trƣởng đáng kể, giá trị cao nhất lƣợng tế bào trong 30 ngày
đầu bảo quản chỉ gần 8.5 log cfu/g; nhƣng nuôi trong môi trƣờng sữa synbiotic thì đạt
lƣợng tế bào cao hơn 9 log cfu/g (hình 1.3 c)[11].


Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 14


Hình 1.3 Lượng tế bào sống probiotic qua thời gian bảo quản[11]
môi trƣờng sữa synbiotic môi trƣờng sữa probiotic
(a)B. lactis B94, (b)L. casei-01, (c)L. acidophilus La-5
Tuy lƣợng tế bào trong hai môi trƣờng sữa probiotic và synbiotic của B. lactis
B94 , L. casei-01 tƣơng đƣơng nhau trong 30 ngày đầu bảo quản, nhƣng 15 ngày sau
đó lƣợng trong môi trƣờng sữa probiotic là giảm đáng kể, thấp hơn 8 log cfu/g đối với
B. lactis B94 và < 8.5 log cfu/g đối với L. casei-01. Trong khi nếu dùng môi trƣờng sữa
synbiotic lƣợng tế bào vẫn duy trì ở mức từ 8.5 - 9 log cfu/g .
 Khả năng phân giải carbonhydrate
Khảo sát sự phân giải các đƣờng tạo acid hữu cơ mạch ngắn (acid lactic, acid
propionic…), đánh giá thông qua độ pH và độ acid đo đƣợc .[13]

Hình 1.4 giá trị pH và độ acid của chủng L. acidophilus La-5 theo thời gian bảo
quản[11]
môi trƣờng sữa symbiotic môi trƣờng sữa probiotic



Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 15

Kết quả cho thấy nuôi trong môi trƣờng sữa synbiotic hiệu quả hơn, phân giải
tạo các acid hữu cơ mạch ngắn nhiều hơn, tạo điều kiện cho sự phát triển L.
acidophilus trong môi trƣờng acid hơn. Theo Su, Henriksson, và Mitchell (2007), cả
L. casei B. lactis có thể phát triển tốt trên môi trƣờng bổ sung FOS hay Inulin. Các hợp
chất prebiotic có tác dụng làm giảm độ pH, tạo ra acid lactic và acetic cao hơn. Dễ dàng
nhận thấy, chủng L. acidophilus La-5 cho thấy tác dụng rõ rệt của việc bổ sung
prebiotic vào môi trƣờng sữa đông, pH của môi trƣờng sữa synbiotic là thấp hơn môi
trƣờng sữa probiotic, đồng thời đạt độ acid cũng cao hơn, nhƣng độ acid này không quá
thấp để gây ảnh hƣởng khuẩn lactis.
 Khả năng phân giải protein

Sự phân giải protein : lƣợng Nito hòa tan trong nƣớc WSN và Nito phi protein
NPN tăng trong suốt thời gian lƣu trữ đối với môi trƣờng probiotic và synbiotic, còn
môi trƣờng kiểm tra thì không, điều này thể hiện vai trò thực tế của enzyme
probiotic trong nỗ lực phân giải protein (Hình 1.5). ở chủng L. acidophilus La-5, cho
thấy hiệu quả của việc bổ sung prebiotic, lƣợng protein phân giải là cao hơn hẳn trong
môi trƣờng chỉ có sữa đông probiotic.[11]


Hình 1.5 Hàm lượng N phân giải L.casei-01 (a) or L. acidophilus La-5 (b)[11].
Kiểm chứng probiotic synbiotic

1.2.5. Phân loại prebiotic
1.2.5.1. Prebiotic có nguồn gốc tự nhiên
Prebiotic có thể đƣợc tìm thấy trong thành phần tự nhiên nhƣ trong sữa, mật ong,
trái cây và rau quả: hành tây, rau diếp xoăn, tỏi tây, tỏi, atisô, chuối, lúa mạch đen, và
cây củ hạ. Phần lớn nồng độ dao động từ 0,3% đến 6% trọng lƣợng tƣơi đối với các

Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 16

loài, riêng với rau diếp xoăn và cây củ hạ prebiotic chiếm khoảng 5% đến 10% trọng
lƣợng.
Măng tây, củ cải đƣờng, tỏi, rau diếp xoăn, hành tây, lúa mì, mật ong, chuối, lúa
mạch, cà chua là nguồn đặc biệt của fructooligosaccharide (Sangeetha et al, 2005; Yun,
năm 1996;. Ziemer & Gibson, 1998). Isomaltulose có trong mật ong, nƣớc mía, và các
sản phẩm từ mía nhƣ mật đƣờng (Lina và cộng sự, 2002.). Xylooligosaccharide có
trong măng, hoa quả, rau, sữa và mật ong (Vázquez và cộng sự, 2000.).
Galactooligosaccharides đƣợc thấy tự nhiên trong sữa ngƣời và có mức nhỏ hơn trong
bò sữa (Alander et al, 2001.).[36]

1.2.5.2. Prebiotic tổng hợp
Tổng hợp prebiotic bằng cách thủy phân polysaccharide, và bằng cách tổng hợp
từ nguồn disacarite nhờ sử dụng enzyme. [36]
Galactooligosaccharide đƣợc sản xuất thƣơng mại hóa nhờ β-galactosidases xúc
tác , enzyme này có hoạt động nhƣ transgalactosylation. Trong quá trình sản xuất công
nghiệp galactooligosaccharide, dung dịch lactose nồng độ cao - tinh sạch từ dịch whey
sữa bò, là đƣợc sử dụng nhƣ cơ chất trong phản ứng này. Đƣờng galactose sẽ đƣợc
chuyển đến tổng hợp mạch dài hơn vào lactose. Các sản phẩm chính là các
trisaccharide, cụ thể là 4’- hoặc 6’-galactosyllactose, và các oligosaccharide chuỗi dài
gồm 4 hoặc nhiều hơn 4 đơn vị monosacarit (Sako và cộng sự, 1999.).
Giống nhƣ galactooligosaccharide, lactulose cũng là sản xuất từ lactose, nhƣng
trong trƣờng hợp này, quá trình đồng phân hóa trong môi trƣờng kiềm đƣợc sử dụng để
chuyển đổi các đơn phân glucose của lactose thành fructose. Sản phẩm lactulose tƣơng
đối đắt tiền, không chỉ vì năng suất sản phẩm thu đƣợc từ phản ứng thấp (20-30%) , mà
còn do chi phí tinh sạch cao: tách galactose, axit isosacharic và các sản phẩm màu
đƣợc tạo ra bởi sự thoái biến một phần lactulose (Villamiel, Corzo, Foda, Montes, &

Olano, 2002).
Các quy trình công nghiệp sản xuất fructooligosaccharide có thể đi từ hai cách:
một là, đƣợc sản xuất từ các đƣờng đôi sử dụng enzym β-fructofuranosidase có hoạt
động chức năng transfructosylation. Tƣơng tự nhƣ sản xuất galactooligosaccharide,
nguồn nguyên liệu đầu vào yêu cầu có nồng độ cao (Park & Almeida, 1991). Theo Yun
(1996) nồng độ sucrose khác nhau từ 600-850 g/l nên đƣợc sử dụng nhằm tiết kiệm chi
phí bốc hơi trong quá trình chế biến cuối cùng. Phƣơng pháp thứ hai đƣợc sử dụng cho
sản xuất fructooligosaccharides là thủy phân kiểm soát inulin (inulin oligofructose),
chất này có thể đƣợc chiết xuất từ rễ rau diếp xoăn, (Crittenden & Playne, 1996).
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 17

Isomaltulose, cũng đƣợc nhắc nhƣ là palatinose, là một disacarit tự nhiên sản
xuất từ sucrose , thông qua cơ chế sắp xếp lại các mối liên kết glycosidic từ (1,2)-
fructoside thành (1,6)-fructoside (Lina và cộng sự, 2002.).
Sơ đồ tổng hợp các prebiotic ở hình 1.6

Hình 1.6: Sơ đồ đại diện của các quá trình sản xuất của oligosaccharide
prebiotic [36]
1.2.6. Prebiotic tiêu biểu
1.2.6.1. Fructooligosaccharide (FOS)
Đƣờng FOS nổi bật từ những năm 1980 và đƣợc nghiên cứu nhiều hơn cả,
không chỉ vì công nghệ sản xuất đơn giản, mà nó còn có nhiều đặc tính sinh học có lợi
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 18

cho sức khỏe con ngƣời, mang đầy đủ các đặc tính của một prebiotic: kích thích tiêu
hóa, giảm cholesterol, phospholipid, triglyceride, chống béo phì, an toàn cho ngƣời bị

bệnh tiểu đƣờng, ngăn ngừa sâu răng … Đặc biệt, FOS còn giúp tăng khả năng hấp thu
Ca, Mg, Fe…, ngăn ngừa bệnh thiếu máu, thiếu sắt, cân bằng ion Mg
2+
, Ca
2+
trong cơ
thể, chống loãng xƣơng.
Ở Mỹ, inulin và FOS là những sản phẩm dẫn đầu thị trƣờng, tiếp sau đó là GOS.
Ở Nhật, Công ty Meiji Seika là công ty đầu tiên sản xuất thành công sảm phẩm FOS
thƣơng mại bằng enzyme chuyển hóa từ Asp. niger và bán trên thị trƣờng với tên
thƣơng mại là Neosugar (1984). Gần đây hơn, công ty Cheil Food & Chemicals ở Hàn
Quốc đã thành công trong việc cố định tế bào nấm sợi Aureobasidium pullulans để sản
xuất FOS quy mô công nghiệp. FOS đang dần thay thế các loại đƣờng truyền thống
nhƣ đƣờng kính, và ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong thực phẩm và thức ăn gia
súc.
1.2.6.1.1. Nguồn gốc
FOS có nhiều trong tự nhiên, tồn tại trong các loại rau quả nhƣ chuối, mận, đào,
quýt, atiso, cà chua, hành, tỏi… Hàm lƣợng FOS ở một số loại rau quả có thể tham
khảo ở bảng 1.4
Bảng 1.4: Hàm lƣợng FOS của một số loại cây quả (mg/g chất khô) [7]
Loại cây quả
1-Kestose
(GF
2
)
Nystose
(GF
3
)
Fructofuranosylnystose

(GF
4
)
Tổng FOS
(GF
n
)
Chuối
5.9
0.1
0.0
6.0
Quýt
1.7
0.0
1.11
2.8
Đào
3.5
0.0
0.0
3.5
Lê
0.8
0.0
0.0
0.8
Mận
1.8
0.2

0.0
2.0
Dƣa hấu
2.8
0.0
0.1
3.0
Măng
0.3
0.0
0.0
0.3
Rau dền đỏ
0.1
0.0
0.0
0.1
Rau cần tây
0.2
0.0
0.4
0.6
Hành ta
0.4
0.3
0.4
1.1
Dứa Nhật Bản
0.5
0.0

0.0
0.5
Cà chua
0.2
0.0
0.4
0.6
Tỏi
8.7
1.2
0.4
10.3
Cây atiso
93.9
94.3
98.1
286.2
Hành tây
15.5
6.7
4.2
26.4
Chƣơng 1: Tổng quan

Trang 19


1.2.6.1.2. Cấu tạo
FOS là những oligosaccharide mà trong phân tử của chúng gồm một phân tử
đƣờng sucrose liên kết với 1, 2 hay 3 gốc fructose thông qua mối liên kết -2,1-

glucoside. Công thức tổng quát của đƣờng FOS là GF
n
, trong đó n là số nhóm n = 2, 3,
4 (G là gốc đƣờng glucose, F là gốc đƣờng fructose), tƣơng ứng là các đƣờng 1-
kestose (GF
2
), nystose (GF
3
) và fructofuranosylnystose (GF
4
) với công thức cấu tạo
nhƣ hình 2.5.
Trong đó, ketose GF
2
gồm ba loại: 1-ketose [ 1
F
(1--D- fructofuranosyl
sucrose)], neoketose [ 6
G
(1--D- fructofuranosyl sucrose)], 6-ketose [ 6
F
(1--D-
fructofuranosyl sucrose)]. Các fructooligosaccharide có độ polime hóa cao (GF
3
,
GF
4
…)có công thức [ 1
F
(1--D- fructofuranosyl)

n-1
sucrose], đƣợc tạo ra bằng cách
chuyển đơn vị đƣờng fructosyl đến sucrose tạo liên kết tại vị trí -2,1 của sucrose.[26]



Hình 1.7: Công thức cấu tạo của FOS [33]
1.2.6.1.3. Tính chất
Chng 1: Tng quan

Trang 20

Tớnh cht vt lớ
Theo Gross, kestose l loi ng kt tinh mu trng cú gúc quay cc []
D
20
l
+28.5
0
v nhit núng chy l 199 200
0
C. ngt ca kestose, nystose v
fructofuranosylnystose so vi sucrose ln lt l 31%, 32% v 16%. ngt tng ca
ba loi ng ny (FOS) ch bng 30% ngt ca ng sucrose [26].
V ngt ca FOS tng t sucrose. ng FOS hỳt m mnh, nên khó bảo quản
ở trạng thái tinh thể trong thời gian di. cùng một nồng độ, FOS có độ nhớt cao hn
độ nhớt của sucrose. Độ bền nhiệt của FOS cng cao hơn sucrose. Đờng FOS bền
trong dải pH 4.0- 7.0 v nhiệt độ cao tới 140
0
C [26].

dng lng, FOS mch ngn l cht lng trong, khụng mu hoc mu vng nh
syrup, cú mựi trỏi cõy v v ngt. dng bt, FOS cú mu trng n vng nht, mựi trỏi
cõy v v ngt, FOS hũa tan trong nc [4].
Một số tác giả khi nghiên cứu về tính chất hoá lý của FOS đều đa ra một kết
luận chung l có nhiều tính chất hóa lý tơng tự sucrose nh độ hũa tan, độ đông đặc,
nhiệt độ sôi v các thông số về quá trình kết tinh. [26].
Bng 1.5: c tớnh ca FOS so vi mt s loi ng khỏc
ng
ngt
(Sucrose = 1)
n nh
nht
Tớnh hỳt
m
Nhit
pH
Sorbitol
0.7
< 160
0
C
2 10
Thp
Cao
Xylitol
0.9
< 160
0
C
2 10

Rt thp
Cao
Mannitol
0.5
< 160
0
C
2 10
Thp
Thp
Erythritol
0.65
< 160
0
C
2 10
Rt thp
Thp
Maltitol
0.75
< 160
0
C
2 10
Cao
Trung bỡnh
Isomalt
0.60
< 160
0

C
2 10
Cao
Thp
Lactitol
0.40
< 160
0
C
2 10
Rt thp
Trung bỡnh
Maltidex
0.75
< 160
0
C
2 10
Cao
Trung bỡnh
FOS
0.30
< 160
0
C
2 10
= sucrose
Trung bỡnh
[7]
Tớnh cht húa sinh:

L mt i din tiờu biu cho prebiotic, nờn FOS cng mang y tớnh cht
prebiotic:
- FOS không hoặc rất ít bị thuỷ phân bởi hệ enzyme đờng ruột, nên khi ăn
lợng đờng trong máu không bị biến động.Thí nghiệm về sự thay đổi hm
Chng 1: Tng quan

Trang 21

lợng đờng v insulin trong máu theo thời gian sau khi ăn FOS đã cho kết
quả nh hình 1.8; 1.9 v [7]. Kết quả cho thấy trái với sucrose, khi ăn FOS,
trong cựng mt khoảng thời gian, lợng đờng trong máu không hề thay
đổi
Hỡnh1.8: S thay i nng insulin trong mỏu [7]

Hỡnh1.9: S thay i nng glucose trong mỏu [7]
- Vn cũn hin din khi n ruột gi, c lên men trong ruột gi dới tác
dụng của vi khuẩn Bifidobacterium. Kết quả của quá trình l sinh ra các acid
béo mạch ngn (SCFA) nh acid acetic, acid propionic v acid butyric. Các
chất ny sau đó đợc thấm vo thnh ruột gi hoặc chuyển lên gan, ức chế sự
-gia tăng của glucose v chất béo trong máu.
- Cỏc sn phm SCFA sinh ra giỳp ci thin lipid, cholesterol trong mỏu ( nh
c ch ó c trỡnh by trong 1.1.3.3). Sự gia tăng hm lợng acid sẽ có
tác dụng giảm pH trong đờng ruột, giữ gìn hoạt động trao đổi chất của các
vi sinh vật đờng ruột khác ổn định, đúng quy luật, hạn chế hoặc ngăn ngừa