Những thách thức công nghệ đối với các loại thực phẩm probiotics trong tương lai

Tóm tắt
Người tiêu dùng hiện đại đang ngày càng quan tâm đến sức khoẻ cá
nhân của họ, và mong muốn thức ăn mà họ ăn thật sự tốt hoặc thậm
chí có khả năng ngăn ngừa bệnh tật. Ngành thực phẩm ở châu Âu
luôn chú trọng vào sức khỏe của con người là chính. Thị trường sữa
chua probiotic đã được thiết lập tốt nhưng ngành tăng trưởng quan
trọng gần đây là thức uống probiotic. Sự phổ biến của các hệ thống
phân phối liều lượng cho thức uống có chứa probiotic cũng đã dẫn
đến những nghiên cứu nhằm mục tiêu phát triển các loại thực phẩm
probiotic ngoài ngành sữa. Các loại sản phẩm mới, và do đó có nhiều
mới lạ và nhiều khó khăn của nguyên liệu thô về công nghệ
probiotic, chắc chắn sẽ là lĩnh vực nghiên cứu và phát triển quan
trọng cho thị trường thực phẩm chức năng trong tương lai.
Khả năng tồn tại và ổn định của probiotic đã là một thách thức về
tiếp thị và công nghệ đối với các nhà sản xuất công nghiệp. Các loại
thực phẩm probiotic nên chứa các chủng probiotic cụ thể và duy trì
mức độ phù hợp của các tế bào sống trong suốt thời hạn sử dụng
của sản phẩm. Nếu không các yêu cầu nghiêm ngặt được đặt ra trên
định nghĩa sản phẩm probiotic và ghi nhãn các quy định của họ sẽ
không rõ ràng. Các yêu cầu về công nghệ đối với các chủng probiotic
là rất cao và các quy trình sản xuất và công thức chế biến mới
thường có thể được yêu cầu đối với vi khuẩn chủ yếu được lựa chọn
thông qua đặc tính sức khoẻ, chức năng của chúng. Trước khi các
chủng probiotic có thể được phân phối cho người tiêu dùng, chúng
phải được sản xuất trong điều kiện công nghiệp, và sau đó tồn tại và
giữ được chức năng của chúng trong quá trình lưu giữ như là các loại
cấy đông lạnh hoặc đông khô và trong các sản phẩm thực phẩm mà
chúng được hình thành hoàn toàn . Các chủng probiotic nên tồn tại
các yếu tố quan trọng trong đường tiêu hóa và duy trì chức năng của
chúng trong môi trường chứa nó. Các vật liệu đóng gói được sử dụng
và các điều kiện theo đó các sản phẩm được lưu trữ cũng quan trọng

đối với chất lượng sản phẩm.
Triển vọng công nghệ trong tương lai tồn tại trong các giải pháp tìm
kiếm sáng tạo cho sự ổn định và các vấn đề tồn tại của probiotic
trong môi trường thực phẩm mới. Nghiên cứu hiện tại về các công
thức probiotic mới và công nghệ đóng gói vi chất khai thác các vật
liệu và hệ thống rào cản sinh học cho hệ thống ruột sinh học cung
cấp những kết quả đầy hứa hẹn. Duy trì chi phí sản xuất thấp sẽ vẫn
là thách thức đối với các công nghệ chế biến và công thức chế phẩm
probiotic trong tương lai. Khai thác các loại nguyên liệu có nguồn


gốc thực phẩm như tinh bột nguyên chất hoặc enzyme hoá, là một ví
dụ về công nghệ trong tương lai có khả năng đáp ứng được thách
thức mở rộng phạm vi của các loại thực phẩm thành những thành
phần probiotic có thể kết hợp thành công. Phát triển mới cho hệ
thống phát hành kiểm soát trong thực phẩm và dược phẩm cũng sẽ
cung cấp những khả năng mới. R 2002 Elsevier Science Ltd. Mọi
quyền được bảo lưu.
1. Giới thiệu
Probiotics là thực phẩm bổ sung vi khuẩn sống, mang lại sức khỏe
của người tiêu dùng bằng cách duy trì, hoặc cải thiện sự cân bằng vi
khuẩn đường ruột của chúng ta (Fuller,1989). Do nhận thức về sức
khoẻ của chúng ta, nên vi khuẩn có lợi cho probiotic ngày càng
nhiều trong sữa chua và sữa lên men trong suốt hai thập kỷ qua.
Thông thường họ đã được các lactobacilli như Lactobacillus
acidophilus, và bifido bacteria (Daly & Davis, 1998). Một sự phát
triển chủ yếu trong thực phẩm chức năng liên quan đến thực phẩm
có chứa probiotic và prebiotic, làm tăng sức khỏe thúc đẩy vi khuẩn
flora trong ruột. Các bằng chứng khoa học ngày càng gia tăng để hỗ
trợ khái niệm rằng việc duy trì đường ruột khỏe mạnh Microflora có

thể cung cấp sự bảo vệ chống lại rối loạn dạ dày ruột bao gồm
nhiễm trùng đường tiêu hóa và các bệnh lý ruột loét (Haenel &
Bendig, 1975; Mitsuoka, 1982, Salminen, Ouwehand, & Isolauri,
1998). Việc sử dụng các vi khuẩn sinh dưỡng probiotic kích thích sự
phát triển của các vi sinh vật ưa thích, loại bỏ các vi khuẩn có khả
năng gây hại và củng cố các cơ chế bảo vệ tự nhiên của cơ thể
(Salminen và cộng sự, 1998). Ngày nay, có rất nhiều bằng chứng về
những tác động tích cực của probiotic đối với sức khoẻ con người.
Tuy nhiên, điều này thường chỉ được chứng minh ở các quần thể
bệnh của con người (Salminen và cộng sự, 1998). Vì vậy, cần phải có
bằng chứng về các lợi ích sức khoẻ sinh học probiotic ở các quần thể
bình thường (khỏe mạnh).
Trước khi probiotic có thể mang lại sức khoẻ cho con người, nó phải
đạt được một số tiêu chuẩn. Nó phải có các đặc tính công nghệ tốt
để nó có thể được sản xuất và kết hợp vào các sản phẩm thực phẩm
mà không mất khả năng sinh tồn và chức năng hoặc tạo ra không
khí khó chịu hoặc kết cấu. Nó phải tồn tại trong đường tiêu hóa (GI)
và sẽ đến nơi hoạt động, và nó phải có khả năng hoạt động trong
môi trường đường ruột. Để nghiên cứu chủng probiotic trong đường
tiêu hoá, các kỹ thuật phân tử phải được thiết lập để phân biệt
chủng probiotic nhập vào từ hàng ngàn chủng vi khuẩn khác có thể
tạo nên hệ sinh thái GI. Ngoài ra, cần có các kỹ thuật để xác định


của dòng probiotic đối với các chủng khác của vi khuẩn đường ruột
và quan trọng hơn đối với vật chủ. Điều này bao gồm không chỉ các
lợi ích sức khoẻ tích cực, mà còn chứng minh rằng các dòng probiotic
không có bất kỳ các vấn đề có hại nào. Khi có kiến thức này, các
probiotic có thể tham gia vào các nghiên cứu thí điểm của con người
nhằm đánh giá lợi ích sức khoẻ của họ với người tiêu dùng (MattilaSandholm & Salminen, 1998; Mattila-Sandholm, M. an att. O, &

Saarela, 1999).
Một vài khía cạnh, bao gồm tính an toàn, đặc điểm chức năng và
công nghệ, phải được xem xét trong quá trình lựa chọn các vi sinh
vật probiotic. Các khía cạnh an toàn bao gồm các đặc điểm như
nguồn gốc (đường tiêu hóa lành mạnh của con người), không gây
bệnh và đặc tính kháng kháng sinh. Các khía cạnh chức năng bao
gồm khả năng tồn tại và bền bỉ đối với tính chất tiêu hoá, chống
miễn dịch, đối kháng và kháng khuẩn (Mattila-Sandholm và cộng sự,
1999, Saarela, Mogensen, Fond! E en, M. att att o, &
MattilaSandholm, 2000). Kiểm tra cẩn thận các chủng probiotic vì
tính phù hợp về công nghệ của chúng cũng có thể cho phép lựa
chọn các chủng có đặc điểm công nghệ sản xuất và sản xuất tốt
nhất. Tuy nhiên, ngay cả những vi khuẩn probiotic mạnh mẽ nhất
vẫn còn hạn chế trong phạm vi của các ứng dụng thực phẩm mà
chúng có thể được áp dụng. Ngoài ra, vi khuẩn có đặc tính sức khoẻ
đặc biệt vượt trội thường bị loại trừ do những hạn chế về công nghệ.
Các công nghệ quy trình và công thức mới sẽ cho phép mở rộng
phạm vi của các sản phẩm có thể sử dụng probiotic và sử dụng các
dòng vi khuẩn hiện nay không thể bằng các sản phẩm hoặc các
công nghệ hiện có. Khả năng tồn tại của probiotic là mối quan tâm
tiếp thị và công nghệ đối với nhiều nhà sản xuất công nghiệp. Định
nghĩa của vi khuẩn sinh sôi có thể và sẽ không rõ ràng trừ khi các
yêu cầu nghiêm ngặt được đặt trên các định nghĩa sản phẩm. Các
loại thực phẩm probiotic cần bao gồm các chủng probiotic cụ thể ở
mức thích hợp trong suốt thời hạn sử dụng. Các yếu tố liên quan đến
khía cạnh công nghệ và cảm quan của sản xuất thực phẩm probiotic
là điều quan trọng nhất vì chỉ khi đáp ứng được nhu cầu của người
tiêu dùng, ngành công nghiệp thực phẩm có thể thành công trong
việc thúc đẩy tiêu thụ các sản phẩm probiotic chức năng trong tương
lai. Các vật liệu đóng gói được sử dụng và các điều kiện theo đó các

sản phẩm được lưu giữ, rất quan trọng đối với chất lượng sản phẩm
có chứa vi khuẩn probiotic.
2. Lựa chọn và sản xuất probiotic


Khả năng tồn tại và hoạt động tốt của probiotic được coi là điều kiện
tiên quyết cho chức năng tối ưu. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã chỉ
ra rằng các probiotic không có khả năng sống có thể có những lợi ích
như miễn dịch với sự biến đổi và sự dính kết của các chất gây ung
thư trong vật chủ (Ouwehand & Salminen, 1998; Salminen,
Ouwehand, Benno, & Lee, 1999). Do đó, đối với một số chủng
probiotic, nó có thể có đủ phát triển tốt trong các bước sản xuất ban
đầu (để có được số lượng tế bào đủ cao trong sản phẩm) nhưng họ
không nhất thiết cần phải giữ lại khả năng tồn tại tốt trong quá trình

lưu trữ. Các yếu tố trong chức năng probiotic được mô tả trong hình.
1. Các lợi ích lâm sàng của probiotic được liệt kê trong Bảng 1.
Hình 1. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chức năng của
probiotic.


Các yêu cầu chức năng của probiotic cần được thiết lập bằng cách
sử dụng các phương pháp in vitro và kết quả của các nghiên cứu này
nên được phản ánh trong các nghiên cứu có sự kiểm soát ở người.
Trong khi lựa chọn một dòng probiotic thích hợp, một số khía cạnh
cần phải được xem xét:
(A) sự chống chịu acid và chống chịu dịch dạ dày của con người.
(B) Sự chống chịu dịch mật (một đặc tính quan trọng để tồn tại trong
ruột non).
(C) Sự bám chặt bề mặt biểu mô và duy trì trong đường tiêu hoá của

con người.
(D) Sự tăng cường miễn dịch, nhưng không ảnh hưởng đến kết quả.
(E) Hoạt động đối kháng với các tác nhân gây bệnh như Helicobacter
pylori, Salmonella sp., Listeria monocytogenes và Clostridium di f
cile.
(F) Tính chất kháng sinh vàchất chống sinh ung thư.
Các thử nghiệm với các chủng probiotic khác nhau đã chỉ ra rằng
chủng probiotic thường biến mất khỏi đường tiêu hoá trong vòng vài
tuần sau khi ngừng uống thuốc (Fukushima, Kawata, Hara, Terada, &
Mitsuoka, 1998; Johansson và cộng sự, 1998; Alander và cộng sự,
1999, Donnet-Hughes, Rochat, Serrant, Aeschlimann, & Schi ff rin,
1999). Vai trò của sự tồn tại probiotic trong đường ruột của người đã
được đặt câu hỏi. Tuy nhiên, thậm chí có sự tồn tại lâu dài, đã được


ghi nhận cho một số dòng probiotic nhập, có thể tăng cơ hội của
chúng cho các chức năng đặc biệt trong đường tiêu hoá, và do đó
được coi là một đặc điểm mong muốn. Khi lựa chọn các vi sinh vật
bắt đầu, khả năng tạo axit đáng tin cậy là một trong những đặc tính
quan trọng nhất. Tuy nhiên, khi lựa chọn probiotic, các tiêu chí nên
được kết nối với tác động đến sức khoẻ con người và hạnh phúc. Do
môi trường trong đường tiêu hoá và thực phẩm có thể khá khác nhau
nên probiotic thường không thích hợp như một sinh vật khởi đầu
(Oberman & Libudzisz, 1998, German và cộng sự, 1999). Tốc độ
tăng trưởng có thể là quá chậm và chúng có thể làm mất đi mùi vị
(Svensson, 1999). Để cải thiện tính phù hợp của thức ăn như một
chất nền cho các nguồn năng lượng probiotic, ví dụ như glucose, các
yếu tố tăng trưởng (ví dụ chiết xuất từ men và protein thủy phân)
hoặc các chất chống oxy hoá thích hợp, khoáng chất hoặc vitamin
có thể được thêm vào nó (Kurmann, 1988, Ishibashi & Shimamura,

1993, Dave & Shah, 1998, Gomes, Malcata, & Klaver, 1998). Tuy
nhiên, ngay cả khi một điều chỉnh như vậy có thể cải thiện hiệu suất
của probiotic như là một khởi đầu, nó thường không đủ. Bằng cách
sử dụng một starter ngoài probiotic chuẩn bị vấn đề này thường có
thể được giải quyết (Fond! E en, Grenov, Reniero, Saxelin, &
Birkeland, 2000). Một số khía cạnh công nghệ phải được xem xét
trong việc lựa chọn probiotic. Chúng bao gồm:
(A) Đặc tính cảm giác tốt.
(B) Kháng Phage.
(C) Tính khả thi trong quá trình chế biến.
(D) Tính ổn định trong sản phẩm và trong quá trình bảo quản.
Hầu hết các nhà sản xuất nuôi cấy bắt đầu hàng đầu hiện nay sản
xuất vi khuẩn axit lactic và bifidobacteria thương mại (Mogensen &
Friis, 1997). Sự nuôi cấy probiotic thương mại có thể bao gồm một
dòng đơn hoặc một hỗn hợp của một vài dòng. Trong hầu hết các
trường hợp, các tính chất probiotic được xác định bằng cách tạo ra
chủng vi khuẩn hoặc nuôi cấy (để xem lại xem Đức và cộng sự,
1999). Vì vậy, cần có thông tin cụ thể về tính đặc hiệu ứng suất để
tối ưu hóa quá trình. Sự nuôi cấy probiotic có thể được kết hợp trong
các công thức đặc biệt như viên nang hoặc viên nén, hoặc chúng có
thể được sử dụng trong sản xuất nhiều loại thực phẩm lên men.
Trong một số trường hợp, nuôi cấy có thể được thêm vào thực phẩm
để đóng góp đặc tính probiotic hoặc chức năng cụ thể.
Với việc sử dụng nhiều vi khuẩn Lactic acid (LAB), sự quan tâm
thương mại đáng kể đối với việc sản xuất LAB khởi đầu ổn định và


LAB probiotic có chứa một số lượng lớn các tế bào không bị tổn
thương, có khả năng sống sót. Việc sử dụng các chất cô đặc dạng
lỏng và đông lạnh đã được sử dụng rộng rãi trong quá khứ, nhưng có

thể tiết kiệm được rất nhiều chi phí vận chuyển và bảo quản và cải
thiện sự ổn định nuôi cấy có thể được sử dụng các chế phẩm đông
khô và xịt khô (Champagne, Gardner, Brochu , & Beaulieu, 1991; G.
olker, 1993). Mặc dù thực tế sấy phun tiết kiệm hơn so với sấy khô,
đặc biệt là ở quy mô lớn (G. olker, 1993; Johnson & Etzel, 1993),
nhiều LAB không thể chịu được nhiệt độ tương đối cao được sử dụng
trong quá trình sấy phun (Porubcan & Sellars, 1979). Nên sấy đông
là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất các chế phẩm LAB khô.
Mặc dù sấy đông lạnh ít gây hủy hoại các vi sinh vật hơn so với sấy
phun (Porubcan & Sellars, 1979), các chất bảo vệ thường được thêm
vào các môi trường được sấy khô để ngăn ngừa, hoặc ít nhất là giảm
nhẹ, tổn thương tế bào trong quá trình sấy và sau đó được bảo quản
Et al, 1991, Souzu, 1992). Các chất bảo vệ thông dụng nhất được sử
dụng ở quy mô công nghiệp là lactose hoặc sucrose, bột ngọt (MSG),
và ascorbate trong sữa hoặc trong nước (M. a ayr. a a-M. a akinen &
Bigret, 1998).
Hầu hết các chế phẩm sinh học probiotic thương mại được cung cấp
ở dạng tập trung cao, và hầu hết chúng được chế tạo cho các ứng
dụng bể chứa trực tiếp (DVS) (Honer, 1995). Việc sử dụng các nuôi
cấy DVS tập trung rất phổ biến do sự khó khăn trong nuôi cấy liên
quan đến việc nhân giống các vi sinh vật probiotic tại nơi sản xuất.
Nuôi cấy DVS được cung cấp hoặc là nuôi cấy đông lạnh tập trung
cao độ hoặc như các môi trường đông khô. Thông thường, các mẫu
nuôi đông lạnh có hàm lượng trên 10 10 cfu / g, trong khi các mẫu cấy
đông khô thường chứa hơn 10 11 cfu / g (Oberman & Libudzisz, 1998).
Nồng độ tế bào trên mỗi gram sản phẩm thay đổi theo quá trình
nuôi cấy và loại sinh vật được sử dụng.
3. Sự tương tác probiotic với vi khuẩn bắt đầu
Trong các sản phẩm probiotic lên men, điều quan trọng là nuôi cấy
probiotic sử dụng đã góp phần vào các đặc tính cảm giác tốt. Vì vậy,

khá phổ biến để sử dụng vi khuẩn probiotic cùng với các loại vi
khuẩn khác (người mới bắt đầu) thích hợp cho việc lên men của sản
phẩm cụ thể. Sự tương tác giữa probiotic và vi khuẩn khởi đầu có thể
có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nó đã được chỉ ra rằng có
thể sản xuất các sản phẩm lên men sữa có đặc tính cảm quan tuyệt
vời và sống sót tốt của vi khuẩn bằng cách sử dụng các sinh vật khởi
đầu và probiotic cùng nhau (Fond! E en và cộng sự, 2000). Những
người bắt đầu ăn thích hợp có thể là Streptococcus thermophilus,


các loại sữa chua và những người mới bắt đầu ăn kiêng với những sự
kết hợp khác nhau của các chủng Lactococcus. Sự kết hợp phù hợp
nhất của vi khuẩn bắt đầu và vi khuẩn probiotic cụ thể phải được
xác định bằng cách sử dụng một quá trình sàng lọc đánh giá tác
động của các chất bắt đầu khác nhau trên các đặc tính cảm quan và
sự sống còn của dòng probiotic (Ishibashi & Shimamura, 1993;
Samona, Robinson, & Marakis , 1996). Khi lựa chọn một máy khởi
động thích hợp, tác động tiêu cực lên sự sống còn của probiotic
trong ống nghiệm và trong cơ thể cũng cần được xem xét. Sự sống
còn của vi khuẩn probiotic có thể bị ảnh hưởng bởi các chất chuyển
hóa được hình thành bởi các chất mồi như acid lactic, hydrogen
peroxide và bacteriocins.
4. Tiêu chuẩn công nghệ của Probiotic
Dự án FAIR của EU, "Trình diễn tính năng dinh dưỡng của thực phẩm
probiotic", đã chuẩn bị các tuyên bố về đặc tính công nghệ của các
loại thực phẩm probiotic với chủng mới và hiện tại, đáp ứng được
nhu cầu của người tiêu dùng. Bằng cách sử dụng các phương pháp
tiêu chuẩn nuôi cấy phù hợp có thể được sản xuất với nồng độ tế
bào cao và khả năng sống sót tốt trong quá trình bảo quản ở nhiệt
độ thấp. Nó đã chứng minh rằng đối với một số chủng và điều kiện

sản xuất, chỉ có thể sử dụng chủng probiotic như là dòng sản xuất
axit. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, việc sử dụng một người khởi
xướng sự ủng hộ là thích hợp hơn. Các sản phẩm được sản xuất bởi
cả hai phương pháp đều cho thấy có đặc tính cơ quan tốt và sự sống
còn của các sinh vật probiotic là tuyệt vời. Một số chủng đã được sử
dụng trong các sản phẩm hiện nay trên thị trường. Bằng cách so
sánh nó đã cho thấy rằng các sản phẩm thương mại có đặc tính
công nghệ tốt hơn nữa là kết quả của việc tối ưu hóa công nghiệp.
Kết luận rằng có thể sản xuất thực phẩm probiotic bằng các quy
trình khác nhau có chứa các loại probiotic đặc biệt cao trong suốt
thời gian bảo quản kết hợp với các tính chất thẩm mỹ có thể chấp
nhận được (Fond! E en và cộng sự, 2000). Trong sản xuất các sản
phẩm sữa probiotic, cần chọn nuôi cấy probiotic (Fond! E en và cộng
sự, 2000):
1. Tập trung nuôi cấy sản xuất của mỗi loại cá thể ở mức trên

1010 với đặc tính lưu trữ tốt ở nhiệt độ thấp.
2. Sản xuất thực phẩm probiotic với sự hỗ trợ của nuôi cấy trụ
như là một nền sữa chua hoặc một dòng Streptococcus tinh
khiết.
3. Sữa lên men cùng với ít nhất một sự nuôi cấy trụ mà không ức
chế sự phát triển của bất kỳ chủng nào được thêm vào.


4. Sản xuất thực phẩm probiotic với mức độ của chủng probiotic

được xác định lên đến 108 tế bào /g sản phẩm.
5. Sản xuất thực phẩm probiotic với nồng độ cao và liên tục của
dòng probiotic khi được bảo quản ở nhiệt độ thấp trong ba
tuần.

6. Sản xuất thực phẩm probiotic với hương vị và hương vị được
chấp nhận trong suốt thời gian bảo quản.
7. Sản xuất thực phẩm probiotic có độ ổn định chấp nhận được và
độ nhớt trong nhiều trường hợp thậm chí được cải thiện so với
chỉ sử dụng Nuôi cấy trụ.
5. Sản xuất các loại thực phẩm probiotic ngoài sữa
Ứng dụng của nuôi cấy probiotic trong các sản phẩm ngoài sữa và
môi trường tiêu biểu cho một thách thức lớn. Probiotic tồn tại trong
thực phẩm phụ thuộc vào các yếu tố như độ pH, nhiệt độ cất giữ,
mức oxy, và sự có mặt của các vi sinh vật cạnh tranh và chất ức chế.
Trong các sản phẩm như thực phẩm có chứa probiotic hoặc bánh
kẹo, điều quan trọng là các công thức duy trì hoạt động và khả năng
sống của probiotic trong một khoảng thời gian dài. Vì các loại vi sinh
probiotic được đưa vào làm thành phần cho các loại sản phẩm này,
chúng thường không nhân lên, tạo ra nhu cầu rất lớn cho sự ổn định
probiotic. Các yếu tố như hoạt động của nước, áp lực oxy và nhiệt độ
ngày càng trở nên quan trọng khi đối phó với các loại sản phẩm này.
Lưu trữ ở nhiệt độ phòng, phổ biến đối với nhiều loại sản phẩm
không phải sữa như các sản phẩm ngũ cốc, đồ uống, bánh kẹo ...
điều đó tạo ra một thách thức lớn đối với sự ổn định probiotic. Sử
dụng công nghệ đóng gói probiotic để đảm bảo khả năng tồn tại
probiotic có thể giải quyết vấn đề này (Myllarinen và cộng sự, 2000).
Các công thức và bánh kẹo có chứa probiotic ổn định đã được phát
triển và hiện đang có mặt trên thị trường (Langhendries và cộng sự,
1995; Fukushima, Hara, Terada, & Mitsuoka, 1997).
6. Công thức của probiotics để cho ra kết quả tốt trong việc
đóng gói tinh bột của vi khuẩn axit lactic
Tinh bột là một thành phần dinh dưỡng có vai trò quan trọng trong
sinh lý và chức năng của đại tràng và vai trò bảo vệ khả năng chống
lại ung thư đại trực tràng (Cassidy, Bingham, & Gummings, 1994;

Silvi, Rumney, Cresci, & Rowland, 1999). Tinh bột kháng là tinh bột
không bị tiêu hóa bởi amylase tụy trong ruột non và đến đại tràng.
Tinh bột đã được phân loại thành ba loại bởi Englyst, Kingman và
Gummings (1992): RS1, tinh bột bị kẹp trong khuôn thức ăn, RS2,
cấu trúc tinh bột dạng hạt và RS3, tinh bột bị sao ngược lại hình
thành do quá trình chế biến thực phẩm. Tinh bột khoai tây có thể


được lên men bằng vi khuẩn đường ruột của người và động vật.
Trong một nghiên cứu nơi chuột được cho ăn bằng bột khoai tây tự
nhiên (RS2) đã làm tăng sự gia tăng lượng đường ruột của
bifidobacteria, lactobacilli, streptococci và enterobacteria. Quá trình
lên men của carbohydrate bằng vi khuẩn kỵ khí tạo ra axit béo chuỗi
ngắn và làm giảm pH trong lumen (Macfarlane & Gummings, 1991;
Kleessen và cộng sự 1997; Le Blay, Michel, Blottiere, & Cherbut,
1999).
Công nghệ sinh học VTT đã bắt đầu các nghiên cứu về đóng gói tinh
bột của vi khuẩn probiotic trong Chương trình Nghiên cứu Thực
phẩm bốn năm vào năm 1996. Mục đích của nghiên cứu này là
nhằm ổn định LAB và xây dựng các loại thực phẩm mới được bổ
sung vi khuẩn thúc đẩy sự liên kết chỉ được giải phóng khi vào đến
ruột người. Hiện nay VTT đang phát triển một phương pháp ổn
định/bao gói dựa trên carbohydrate cho probiotic để tăng khả năng
sống sót của sản phẩm và trong ruột người. Trọng tâm chính là phát
triển một công nghệ tinh bột dựa trên khả năng khử trùng vi sinh
probiotic bằng cách thực hiện cả quá trình sản xuất vi khuẩn và sự
đóng gói của chúng trong một lô. Trong công nghệ này, hạt tinh bột
khoai tây lớn (50-100 mm) được xử lý bằng enzym để có được cấu
trúc xốp, được sử dụng làm chất mang. Sau đó, amylose, polyme
tuyến tính của tinh bột, được hòa tan, làm mát và kết tủa trên hạt

tinh bột chứa đầy vi khuẩn. Cuối cùng, toàn bộ sản phẩm, cùng với
môi trường sinh trưởng, được làm khô bằng đông khô dưới dạng bột
(Myllarinen và cộng sự, 2000) (Hình. 2).
Các amylase khác nhau đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng một
loạt các điều kiện để thiết lập phương pháp tối ưu cho các hạt tinh
bột rỗng để tạo ra một không gian bên trong cho các vi khuẩn đóng
gói. Người ta phát hiện ra rằng các hạt tinh bột đông khô đã được
thủy phân tới 70% và các hạt tự nhiên chỉ được thủy phân 25% bởi
enzyme α-amylase Megazyme. Malt amylase cung cấp kết quả
tương tự khi sử dụng các điều kiện tương tự. Các amylase nấm sợi và
dịch tụy làm thủy phân ít tinh bột khoai tây hơn amylases vi khuẩn
hoặc malt.Kích thước của hạt tinh bột là trên 50 µm trước khi thủy
phân và không thay đổi ngay cả khi 70% amylose đã được thủy
phân. Thực tế enzym này tấn công bên trong hạt khô đông, làm cho
chúng có lỗ xốp, rõ ràng khi các hạt phân huỷ được kiểm tra trong
các mặt cắt kính hiển vi. Việc sử dụng một quá trình kết tủa đơn
giản để tạo ra lớp phủ ổn định và chống lại các viên nang là kỹ thuật
phủ lớp thuận tiện nhất (Myllarinen và cộng sự, 2000).


Một số chủng probiotic, bao gồm Lactobacillus rhamnosus VTT E97800, đã được sử dụng trong nghiên cứu gắn kết tinh bột. Khả năng
sống sót của L. rhamnosus E-97800 được đóng gói ở nhiệt độ dưới
áp suất bình thường trong khí quyển ít nhất là 6 tháng và khi đông
lạnh, ít nhất là 18 tháng. Sử dụng mô hình chuyển gen trong ống
nghiệm cho thấy vật liệu nang kháng ở ruột thừa (chỉ suy giảm
10%), và trong một thử nghiệm diễn ra trong cơ thể sống (in vivo)
cho thấy rằng tế bào L. rhamnosus VTT E-97800 được đóng gói đã
sống sót đi qua đường tiêu hoá của con người (kết quả chưa công
bố). Một số chủng bifidobacteria đã chứng minh sự kết dính rất tốt
với bề mặt hạt tinh bột khoai tây (hình 3). Một chủng có tính bám

dính mạnh cũng có thể thủy phân tinh bột (Crittenden và cộng sự,
2001).
Từ khi mục đích của dự án là phát triển một phương pháp để sản
xuất ra các loại viên nang probiotic có tính kinh tế dùng trong thực
phẩm, nhấn mạnh vào việc phát triển không tốn kém, môi trường
sinh trưởng ăn được đối với các vi khuẩn probiotic. Trong quá trình
thực hiện dự án, người ta đã phát triển một loại thức ăn từ lúa mạch
đen có thể làm môi trường sinh trưởng cho vi khuẩn axit lactic phát
triển. Trong tương lai, nghiên cứu sẽ được tập trung vào quy mô và
tối ưu hóa quá trình, và về những đổi mới công nghệ mới. Các
polysaccharide mới có khả năng tăng cường độ bám dính của vi
khuẩn sẽ được kiểm tra. Cách tiếp cận thú vị là sử dụng các hạt tinh
bột tự nhiên dạng tập hợp, chẳng hạn như hạt tinh bột lúa mạch
nhỏ. Hơn nữa, vật liệu kỵ nước mới sẽ được sử dụng để tăng sức đề
kháng của viên nang lên độ ẩm cao. Sự hình thành các probiotic sinh
ra vào các ma trận thực phẩm khác nhau hiện đang được tiến hành.


Hình 2. Các hạt tinh bột khoai tây (trái bên trái), các hạt thủy
phân với các lỗ trên bề mặt (bên phải), các hạt tinh bột khoai tây
chứa amylose (dưới cùng bên trái) và mặt cắt của hạt tinh bột
khoai tây chứa đầy vi khuẩn (dưới cùng bên phải, 1450×).
7.Thành phần cơ chất Prebiotic- chất xúc tác cho probiotic
Ngoài cách tiếp cận probiotic trực tiếp đưa vi khuẩn sống vào ruột
già thông qua bổ sung ở chế độ ăn uống, cách tiếp cận khác để
tăng số lượng vi khuẩn có lợi như bifidobacteria trong vi khuẩn
đường ruột là thông qua việc sử dụng prebiotic. Prebiotics là các
cơ chất không tiêu hoá đi qua ruột ngưng kết và kích thích một
cách có chọn lọc sự gia tăng và/hoặc hoạt động của quần thể vi
khuẩn mong muốn tại 1 vị trí (Gibson & Roberfroid, 1995; Van

Loo và cộng sự, 1999). Do sự phối hợp giữa probiotic và prebiotic,
các thực phẩm có chứa thành phần kết hợp các thành phần này
thường được gọi là synbiotics (Gibson & Roberfroid, 1995; Collins
& Gibson, 1999). Prebiotic có thể ảnh hưởng đến sự tăng trưởng
và sự sống còn của probiotic bằng cách ảnh hưởng đến sự phát
triển và sự chuyển hóa của cả probiotic và vi khuẩn khởi đầu.
Điều này cần phải được lưu ý khi xem xét tương tác giữa các
probiotic và vi khuẩn khởi đầu trong các sản phẩm sữa lên men.
Sự tương tác giữa probiotic và prebiotic trong cơ thể có thể được
ưa chuộng bởi sự thích nghi của probiotic với chất prebiotic trước


khi đi tiêu thụ. Điều này có thể dẫn đến lợi thế cạnh tranh của
probiotic nếu nó được tiêu thụ đồng thời với prebiotic (Hình 4).
Prebiotics được xác định từ trước cho đến nay là các loại
carbohydrate không tiêu hóa được bao gồm lactulose, inulin và
một loạt các oligosaccharides cung cấp một nguồn carbohydrate
lên men cho các vi khuẩn có lợi trong đại tràng (Crittenden,
1999). Một số tinh bột cũng không được tiêu hóa hoàn toàn trong
suốt quá trình đi qua ruột non của người và đi vào đại tràng là
nguồn carbohydrate lên men cho vi khuẩn đường ruột (Cummings
& Macfarlane, 1997a, b). Tinh bột dạng hạt được tổng hợp bởi một
số thực phẩm cung cấp các ví dụ về các tinh bột kháng bệnh này,
được tiêu hóa không đầy đủ do kích cỡ và hình dạng phân tử
(Vonk và cộng sự, 2000). Trong các mô hình động vật, việc đưa
các tinh bột kháng bệnh trong khẩu phần ăn đã làm tăng số lượng
vi khuẩn trong ruột (Brown et al., 1997, Brown, Wang, Topping,
Playne, & Conway, 1998; Kleessen và cộng sự, 1997; Silvi và cộng
sự, 1999; Wang, Brown, Evans, và Conway, 1999). Lợi ích của việc
sử dụng tinh bột kháng cao hơn các chất prebiotic truyền thống,

vì tinh bột kháng có thể được sử dụng để đảm bảo tính khả thi
của các quần thể probiotic từ thực phẩm đến ruột già. Các tinh
bột kháng lại là bề mặt lý tưởng để giữ probiotic trên hạt tinh bột
trong quá trình chế biến, bảo quản và vận chuyển qua các vùng
trên của đường tiêu hoá, tạo ra sức mạnh và khả năng phục hồi
cho các ứng suất môi trường. Sự tham gia của vi khuẩn với tinh
bột cũng có thể mang lại lợi ích cho các công nghệ probiotic mới
để tăng cường hoạt động sinh hóa probiotic và chuyển hóa đến
đường ruột (Crittenden et al., 2001). Điều này bao gồm công
nghệ đã đề cập ở trên để đóng gói probiotic trong hạt tinh bột mà
sau đó được phủ một lớp amyloza (Myll. A arinen và cộng sự,
2000). Việc buộc các lớp keo dính vào lõi tinh bột kháng có thể
tạo điều kiện cho việc đóng gói vi khuẩn sử dụng công nghệ này.
Sự gắn kết của vi sinh vật sử dụng tinh bột cùng với tinh bột cũng
đảm bảo sự liên kết vật lý Giữa probiotic và prebiotic. Điều này có
thể cho phép sử dụng chất nền của chế phẩm sinh học có chọn
lọc tương đối một cách tương đối, tạo ra lợi thế cạnh tranh có lựa
chọn cho probiotic được thêm vào trong đường ruột.


8. Hướng nghiên cứu
Chế độ ăn uống là trọng tâm chính của các chiến lược y tế công
cộng nhằm duy trì sức khoẻ tối ưu trong suốt cuộc đời, ngăn ngừa
các bệnh mãn tính ban đầu như rối loạn GI, bệnh tim mạch, ung thư,
loãng xương, cũng như thúc đẩy sự lão hóa lành mạnh hơn. Mặc dù


mối quan hệ phức tạp về thực phẩm và sức khoẻ vẫn còn chưa được
hiểu rõ, những nghiên cứu gần đây về nhiều lĩnh vực khác nhau cung
cấp các phương pháp mới đầy hứa hẹn để nâng cao hiểu biết của

chúng ta. Nhu cầu về thực phẩm "lành mạnh" đang kích thích sự đổi
mới và phát triển sản phẩm mới trong ngành thực phẩm quốc tế.
Ngành công nghiệp thực phẩm có vai trò trung tâm trong việc tạo
điều kiện cho việc ăn uống lành mạnh hơn thông qua việc cung cấp
và quảng bá các loại thực phẩm lành mạnh.
Ý thức và chi tiêu của người tiêu dùng ngày càng tăng là các nhân
tố kinh tế xã hội chịu trách nhiệm cho việc mở rộng sự quan tâm
trên toàn thế giới đối với thực phẩm chức năng. Tuy nhiên, có sự
nhầm lẫn đáng kể và sự hoài nghi tồn tại giữa người tiêu dùng, các
tổ chức người tiêu dùng, cộng đồng khoa học và các phương tiện
truyền thông về các yêu cầu liên quan đến các sản phẩm probiotic.
Gần đây các dự án của EU đã chứng minh rằng với sự phối hợp chặt
chẽ với truyền thông và cách tiếp cận khoa học để lựa chọn và áp
dụng các probiotic, các sản phẩm thực phẩm chức năng có thể được
phát triển với những lợi ích sức khoẻ có thể đo lường được cho người
tiêu dùng. Các chủng probiotic có thể được sản xuất thành công và
kết hợp vào các sản phẩm thực phẩm được chấp nhận cao, nơi
chúng có thể giữ được tính khả thi và chức năng của chúng. Có rất
nhiều loại biến dạng biến dạng, không chỉ ở tính chất công nghệ của
chúng mà còn trong các tác động của nó đối với sức khoẻ con người
(Mattila Sandholm và cộng sự, 1999).
Hiện nay, nhu cầu công nghiệp về công nghệ đảm bảo sự ổn định
probiotic trong thực phẩm vẫn còn mạnh. Công nghệ đóng gói cho
các nền văn hoá probiotic hoặc bảo vệ cung cấp triển vọng hứa hẹn
cho việc cải thiện hiệu quả nuôi cấy. Tuy nhiên, sự phát triển của kỹ
thuật này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và xa quá trình
thương mại hóa tối ưu. Các kỹ thuật hữu ích để đảm bảo sự ổn định
probiotic và để tối ưu hóa các quy trình lên men, bao gồm phát triển
các phương tiện nuôi cấy không tốn kém, không sữa, ăn được cho
probiotic là rất quan trọng. Hơn nữa, sản xuất quy mô thương mại và

sản xuất các mô hình nuôi cấy k an khí probiotic / bảo vệ sẽ tiếp tục
là một thách thức. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tồn tại và
chức năng của các sinh vật cần được khám phá và kiểm soát.
Nghiên cứu về các công cụ chẩn đoán tại chỗ để kiểm soát chất
lượng các vết bẩn probiotic sẽ là một bước tiến rất lớn trong việc
phát triển sản phẩm có kiểm soát tốt.
Khái niệm probiotic ngày nay được phổ biến rộng rãi trong các lĩnh
vực khoa học và công nghiệp. Tuy nhiên, đòi hỏi đầu vào khoa học


thêm. Các khu vực nghiên cứu quan trọng, bao gồm chẩn đoán hệ
thống đường ruột và miễn dịch học, phương pháp luận, công thức
sinh học và chức năng, sẽ dẫn đến các công cụ và các phương pháp
khoa học cho các nghiên cứu con người thông tin được thiết kế tốt.
Nghiên cứu đối chứng của con người là cần thiết cho sự thành công
của thực phẩm chức năng probiotic, và chúng nên được điều chỉnh
cho các nhóm dân số cụ thể như người cao tuổi và trẻ sơ sinh. Các
nghiên cứu trong tương lai về vi khuẩn probiotic sẽ tập trung vào
việc lựa chọn các chủng mới và đặc trưng hơn cho sức khoẻ của vật
chủ (nhóm tuổi, dân số khỏe mạnh, bệnh cụ thể). Xu hướng nghiên
cứu khoa học và công nghệ trong tương lai sẽ là:
•

•
•

•
•

Nghiên cứu cơ chế hoạt động của probiotic trong đường tiêu

hoá, và phát triển các công cụ chẩn đoán và công thức sinh
học để đánh giá.
Xem xét các tác động của probiotic trong các bệnh về đường
hô hấp, nhiễm trùng đường ruột, và dị ứng.
Đảm bảo tính ổn định và khả năng tồn tại của các sản phẩm
probiotic bằng cách phát triển các công nghệ khả thi (ví dụ như
quá trình và sự phát triển vật liệu để đóng gói vi chất).
Phát triển công nghệ cho các sản phẩm ngoài sữa.
Đánh giá vai trò của probiotic trong các nhóm người tiêu dùng
lành mạnh và để giải quyết các vấn đề của người tiêu dùng.

Một nhóm của EU về probiotic và prebiotic được gọi là "Thực phẩm,
chức năng đường tiêu hoá và sức khoẻ con người" được đưa ra vào
đầu năm 2001, và sẽ tiếp tục cho 3.5yr. Nhóm này bao gồm 42
phòng thí nghiệm từ 12 quốc gia và bao gồm chuyên gia nghiên cứu
về probiotic nổi tiếng ở Châu Âu. Các thành tựu đáng kể sẽ được
thiết lập trong các lĩnh vực nghiên cứu trước khi cạnh tranh như
biomarkers, cơ chế hành động, các công cụ chẩn đoán mới để phát
hiện đặc điểm vi ruột, cũng như động lực dân số, phương pháp điều
chế prebiotic và các vi khuẩn có lợi cho sức khoẻ. Chương trình
cluster bao gồm nền khoa học, công nghiệp và người tiêu dùng, phổ
biến các sáng kiến nghiên cứu tới các đối tượng mục tiêu.