I. Giới thiệu về nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc cố định tế bào Lactobacillus Acidophilus giàu β-Galactosidase trong công nghệ thực phẩm. β-Galactosidase là enzyme quan trọng trong việc thủy phân lactose, giúp cải thiện khả năng tiêu hóa sữa cho người không dung nạp lactose. Lactobacillus Acidophilus là vi khuẩn lactic có lợi, được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm sữa chua và thực phẩm chức năng. Việc cố định tế bào này trong alginate nhằm tăng hiệu quả và ổn định của enzyme trong quá trình sản xuất.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa quá trình lên men để thu nhận tế bào Lactobacillus Acidophilus giàu β-Galactosidase, xác định vị trí enzyme trong tế bào, và ứng dụng kỹ thuật cố định tế bào để thủy phân lactose trong sữa. Nghiên cứu cũng hướng đến việc tạo ra chế phẩm sinh học có khả năng tái sử dụng, giảm chi phí sản xuất.
1.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng hỗ trợ sức khỏe đường ruột và tăng cường miễn dịch. Việc ứng dụng β-Galactosidase từ Lactobacillus Acidophilus giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường từ whey, đồng thời mở rộng thị trường sữa và các sản phẩm từ sữa.
II. Tổng quan về Lactobacillus Acidophilus và β Galactosidase
Lactobacillus Acidophilus là vi khuẩn Gram dương, có hình que, thuộc họ Lactobacillaceae. Vi khuẩn này có khả năng lên men lactose và tạo ra các chất có lợi như bacteriocin. β-Galactosidase là enzyme xúc tác thủy phân lactose thành glucose và galactose, được tìm thấy trong nhiều loài vi sinh vật, bao gồm Lactobacillus Acidophilus. Enzyme này có vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa.
2.1. Đặc điểm sinh học của Lactobacillus Acidophilus
Lactobacillus Acidophilus là vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, phát triển tốt ở nhiệt độ 35-40°C và pH 5.5-6.0. Vi khuẩn này có khả năng lên men các loại đường như glucose, sucrose, và lactose. Nó cũng có khả năng tạo ra các chất kháng khuẩn như bacteriocin, giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh.
2.2. Vai trò của β Galactosidase trong công nghệ thực phẩm
β-Galactosidase không chỉ thủy phân lactose mà còn có khả năng tổng hợp galacto-oligosaccharides (GOS), một loại prebiotic có lợi cho hệ tiêu hóa. Enzyme này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất sữa không lactose và các sản phẩm từ sữa, giúp cải thiện khả năng tiêu hóa và hấp thu dinh dưỡng.
III. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện qua các bước chính: tối ưu hóa môi trường lên men để thu nhận tế bào Lactobacillus Acidophilus giàu β-Galactosidase, xác định vị trí enzyme trong tế bào, và ứng dụng kỹ thuật cố định tế bào trong alginate. Các thí nghiệm được thiết kế để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ ethanol, nhiệt độ, và thời gian xử lý đến hiệu quả tạo thấm và cố định tế bào.
3.1. Tối ưu hóa môi trường lên men
Môi trường lên men được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh tỷ lệ cao nấm men và cao thịt, nồng độ khoáng chất như MgSO4 và NaCl, và thời gian lên men. Kết quả cho thấy hoạt tính β-Galactosidase đạt cao nhất khi lên men trong 50 giờ với tỷ lệ cao nấm men:cao thịt là 6:1.
3.2. Kỹ thuật tạo thấm và cố định tế bào
Kỹ thuật tạo thấm được sử dụng để tăng tính thấm của tế bào, cho phép cơ chất và sản phẩm đi qua màng tế bào mà không làm mất enzyme. Tế bào sau khi tạo thấm được cố định trong alginate, giúp tăng độ bền và khả năng tái sử dụng của enzyme.
IV. Kết quả và ứng dụng
Nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra chế phẩm giàu β-Galactosidase từ Lactobacillus Acidophilus, có khả năng thủy phân 70% lactose trong sữa sau 3 giờ. Chế phẩm này có thể tái sử dụng trong 5 chu kỳ mà không làm giảm hiệu suất thủy phân. Kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng trong sản xuất sữa không lactose và các sản phẩm thực phẩm chức năng hỗ trợ sức khỏe đường ruột.
4.1. Hiệu quả thủy phân lactose
Chế phẩm được thử nghiệm trong việc thủy phân lactose trong sữa tươi, cho thấy hiệu suất thủy phân đạt 70% sau 3 giờ. Điều này chứng tỏ khả năng ứng dụng cao của chế phẩm trong công nghiệp thực phẩm.
4.2. Khả năng tái sử dụng
Chế phẩm có thể tái sử dụng trong 5 chu kỳ mà không làm giảm hiệu suất thủy phân, giúp giảm chi phí sản xuất và tăng tính bền vững trong quá trình ứng dụng.
