Cấu tạo, chức năng Fructooligosaccharide (FOS) trong thực phẩm

Fructooligosaccharide
(FOS)

GVHD : TS. Nguyễn Thúy Hương
SVTH : Vũ Thị Ngọc An - MSSV 60600031
1


Nội dung chính
Tổng quan về FOS
β-fructofuranosidase
Các phương pháp sản xuất FOS
Tình hình sản xuất FOS ở Việt Nam

2


Tổng quan về FOS

Khái niệm FOS
FOS được biết đến là:

•
•
•
•

Chất xơ hòa tan (soluble fiber)
Chất tạo ngọt năng lượng thấp
Prebiotic
Đặc tính sinh học: kích thích tiêu hóa, giảm cholesterol, phospholipid, triglyceride, chống

béo phì, an toàn cho người bệnh tiểu đường, ngừa sâu răng, tăng khả năng hấp thu các ion
Ca2+, Mg2+

3


Cấu tạo hóa học
•

Là những oligosaccharide: 1 phân tử sucrose liên kết với 1, 2, hay 3 gốc fructosyl bằng liên
kết β-2,1-glucoside.

n=2: GF2
1-Kestose
GFn

n=3: GF3
Nystose

G: Glucosyl
F: Fructosyl
n=2÷ 4

n=4: GF4
Fructofuranosylnystose
4


Công thức cấu tạo FOS

5


Nguồn gốc FOS
•

Trong tự nhiên:

6


Hàm lượng FOS trong rau quả (mg/g chất khô)
Loại cây quả

1-Kestose
(GF2)

Nystose
(GF3)

Fructofuranosylnystose
(GF4)

Tổng FOS
(GFn)

Chuối
Quýt
Đào
Lê

Mận
Dưa hấu
Măng
Rau dền đỏ
Rau cần tây
Hành ta
Dứa Nhật Bản
Cà chua
Tỏi
Cây atiso
Hành tây

5.9
1.7
3.5
0.8
1.8
2.8
0.3
0.1
0.2
0.4
0.5
0.2
8.7
93.9
15.5

0.1
0.0

0.0
0.0
0.2
0.0
0.0
0.0
0.0
0.3
0.0
0.0
1.2
94.3
6.7

0.0
1.11
0.0
0.0
0.0
0.1
0.0
0.0
0.4
0.4
0.0
0.4
0.4
98.1
4.2

6.0
2.8
3.5
0.8
2.0
3.0
0.3
0.1
0.6
1.1
0.5
0.6
10.3
286.2
26.4
7


•
•

FOS tự nhiên: nồng độ thấp, enzyme chuyển hóa gốc fructose bị giới hạn bởi điều kiện thời tiết.
FOS công nghiệp: thủy phân polysaccharide hoặc tổng hợp từ nguồn nguyên liệu sucrose và enzyme
chuyển hóa tạo FOS từ vi sinh vật, chủ yếu là nấm mốc.

Aureobasidium

Aspergillus

Penicillium

8


Tính chất của FOS
•
•
•
•
•
•

Đường kết tinh màu trắng, mùi trái cây, vị ngọt, hút ẩm mạnh, hòa tan trong nước.
Độ ngọt tổng ≈ 30% độ ngọt sucrose.
Vị ngọt ≈ sucrose.
Độ nhớt và độ bền nhiệt > sucrose.
Bền trong dải pH 4.0 – 7.0, nhiệt độ đến 1400C.
Độ hòa tan, đông đặc, nhiệt độ sôi, thông số trong quá trình kết tinh ≈ sucrose.

9


Đặc tính sinh học
•
•
•
•
•

Ổn định đường huyết.
Giảm cholesterol và triglyceride, điều chỉnh lượng enzyme tổng hợp acid béo trong gan.

Tăng cường số vi khuẩn có lợi cho đường ruột (Bifidobacterium), ức chế sự phát triển của vi khuẩn có hại.
Thúc đẩy hấp thụ Ca, Mg ⇒ phòng ngừa loãng xương.
Ngừa sâu răng.

10


Ứng dụng
•
•
•
•

Phụ gia thực phẩm, bổ sung vào bánh, kẹo, gum, sữa hoặc trộn lẫn với các chất ngọt khác.
Bổ sung vào thức ăn gia súc.
Bổ sung vào thực phẩm chức năng.
FOS hàm lượng thấp dùng làm chất kích thích môi trường lên men cho Bifidobacterium, hàm lượng
trung bình dùng bổ sung vào thực phẩm, loại tinh khiết dùng trong kĩ thuật phân tích.

11


β-D-fructofuranosidase
•

Tên gọi các enzyme có hoạt tính xúc tác quá trình chuyển dịch gốc fructosyl  còn gọi là fructosyltransferase

•
•

Gồm cả hoạt tính thủy phân (U ) và hoạt tính chuyển hóa (U ).
H
T

(FTS).

GF

+

fructosyltransferase

F–fructosyltransferase + GF



F–fructosyltransferase

+

G

 GF + fructosyltransferase
2

12


Thu nhận và tinh sạch enzyme từ A.niger
Kết quả tinh sạch

Phương
pháp
tinh sạch
Enzyme thô
Kết tủa
Sắc kí trao
đổi ion

Protein
tổng
(mg)
93.00
43.60
1.76

Lọc gel

0.78

96.50
86.40
73.04

Hoạt tính
riêng
(U/mg)
1.04
1.98
41.50

40.30

51.67

Hoạt tính
tổng (U)

Độ tinh
sạch

Hiệu suất
(%)

1
1.9
40

100.0
89.5
75.7

49.8

41.8

13


Sắc ký trao đổi ion

14


Sắc ký lọc gel

15


Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ

pH tối ưu: 5.5
pH ổn định: 4.0 – 8.0

T0 tối ưu: 500C

16


Ảnh hưởng của ion kim loại
Hợp chất (1mM)
Không bổ sung
HgCl2

Hoạt tính còn lại (%)
100
2

ZnSO4

0

CuSO4

83

AgNO3

0

FeSO4

92

CoCl2

78

MnSO4

91

BaCl2

108

MgSO4

115

CaCl2

112

Natri-EDTA (10mM)
NaN3

117

NiSO4

15

98
17


Các phương pháp sản xuất FOS
FOS phổ thông:
• Phương pháp liên tục:
Cố định enzyme/tế bào.
• Phưong pháp không liên tục:
Dùng enzyme tự do chiết tách.

⇒ PP liên tục có nhiều ưu điểm nổi trội và có khả năng công
nghiệp hóa cao.

18


• Phương pháp không liên tục:

19


FOS cao độ:
GF +
Sucrose

GF
Sucrose

FTS

G +
Glucose

GF

+ GF2 + GF3 + GF4

Sucrose

FOS

⇒ FOS cao độ: tinh sạch FOS phổ thông.
⇒ Phương pháp:
• Lọc gel: tách dựa theo kích thước phân tử
• Lọc nano: kỹ thuật thẩm thấu ngược
• Trao đổi ion: các phân tử được phân li khi đi qua cột có các hạt trao đổi ion.
• Lên men: dùng VSV lên men glucose

• Enzyme: dùng glucose isomerase (GI) hoặc glucose oxidase (GOD)

20


Cố định tế bào A.japonicus vào chất mang gluten

21


So sánh TB cố định và không cố định

22


Sản xuất FOS liên tục

23


Sản xuất FOS cao độ bằng PP enzyme
Hỗn hợp enzyme: β-D-fructofuranosidase, glucose oxidase
(GOD)
Cơ chế hoạt động của GOD:

24


Nhiệt độ và pH tối ưu

pH 5.5

T = 35 – 450C
pH = 5.5

T = 550C

25