Luận văn thạc sĩ: Tuyển chọn vi khuẩn lactic có đặc tính probiotic cho lên men sữa chua

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tuyển chọn vi khuẩn lactic probiotic cho quá trình lên men sữa chua, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Đỗ Thị Thu Thủy
• Người hướng dẫn: TS. Đào Thị Lương
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vi Sinh Vật Học
• Đề tài: Tuyển Chọn Vi Khuẩn Lactic Có Đặc Tính Probiotic Ứng Dụng Cho Nhân Giống Khởi Động Trong Lên Men Sữa Chua
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sữa chua và công nghệ sản xuất sữa chua
• 1.1.1. Lịch sử hình thành
• 1.1.2. Giá trị dinh dưỡng và vai trò của sữa chua dối với sức khỏe
• 1.1.3. Thị trường sữa chua trên thế giới và Việt Nam
• 1.2. Lên men sữa chua và vi khuẩn lactic trong lên men sữa chua
• 1.2.1. Lên men sữa chua
• 1.2.2. Các chủng vi khuẩn lactic dùng trong lên men sữa chua
• 1.2.3. Thực trạng nghiên cứu liên quan tại Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Nguyên vật liệu, hoá chất và thiết bị
• 2.1.1. Vi sinh vật
• 2.1.2. Hóa chất, thiết bị
• 2.1.3. Môi trường
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Hoạt hóa chủng giống
• 2.2.2. Đánh giá khả năng lên men sữa
• 2.2.3. Nghiên cứu các đặc tính probiotic của các chủng LAB
• 2.2.4. Khảo sát khả năng sinh trưởng của các chủng
• 2.2.4.1. Phân loại bằng hình thái
• 2.2.4.2. Phân loại bằng sinh học phân tử
• 2.2.5. Lựa chọn tổ hợp cho lên men
• 2.2.5.1. Lên men đa chủng
• 2.2.6. Nghiên cứu các điều kiện nuôi cấy thích hợp
• 2.2.6.1. Nghiên cứu môi trường nuôi cấy thích hợp
• 2.2.6.2. Nghiên cứu điều kiện cung cấp khí thích hợp
• 2.2.6.3. Nghiên cứu nhiệt độ nuôi thích hợp
• 2.2.6.4. Nghiên cứu pH nuôi thích hợp
• 2.2.6.5. Nghiên cứu nguồn cacbon thích hợp
• 2.2.6.6. Lựa chọn nguồn N thích hợp
• 2.2.6.7. Lựa chọn thời gian nuôi thích hợp
• 2.2.7. Thử nghiệm lên men quy mô 5 lít
• 2.2.7.1. Nghiên cứu tỉ lệ giống khởi động
• 2.2.7.2. Nghiên cứu tỉ lệ thành phần chủng trong tổ hợp
• 2.2.7.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic mang đặc tính probiotic có khả năng lên men sữa
• 3.1.1. Khả năng lên men sữa của các chủng vi khuẩn lactic
• 3.1.2. Các đặc tính probiotic của các chủng vi khuẩn lactic
• 3.1.2.1. Đặc điểm hình thái của các chủng
• 3.1.2.2. Kết quả phân loại bằng sinh học phân tử
• 3.1.3. Lựa chọn tổ hợp cho lên men
• 3.1.3.1. Lên men đơn chủng
• 3.1.3.2. Kết quả lên men đa chủng
• 3.1.4. Lựa chọn điều kiện nuôi thích hợp
• 3.1.4.1. Lựa chọn môi trường nuôi thích hợp
• 3.1.4.2. Lựa chọn điều kiện cung cấp khí thích hợp
• 3.1.4.3. Lựa chọn nhiệt độ nuôi thích hợp
• 3.1.4.4. Lựa chọn pH nuôi thích hợp
• 3.1.4.5. Lựa chọn nguồn cacbon thích hợp
• 3.1.4.6. Lựa chọn nguồn N thích hợp
• 3.1.4.7. Lựa chọn thời gian nuôi thích hợp
• 3.2. Kết quả thử nghiệm lên men
• 3.2.1. Lựa chọn tỉ lệ giống bổ sung
• 3.2.2. Lựa chọn tỉ lệ chủng trong tổ hợp lên men
• 3.2.3. Lựa chọn nhiệt độ lên men
• 3.2.4. Thử nghiệm lên men quy mô 5 lít
• HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vi khuẩn lactic probiotic trong sản xuất sữa chua

Nghiên cứu về vi khuẩn lactic probiotic trong sản xuất sữa chua đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Sữa chua không chỉ là một sản phẩm dinh dưỡng mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Việc hiểu rõ về các chủng vi khuẩn lactic và khả năng của chúng trong quá trình lên men là rất cần thiết để phát triển các sản phẩm sữa chua chất lượng cao.

1.1. Lịch sử và sự phát triển của sữa chua probiotic

Sữa chua đã được sử dụng từ hàng ngàn năm trước và vai trò của vi khuẩn lactic trong quá trình lên men đã được khám phá từ những năm đầu thế kỷ 20. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng probiotic có thể cải thiện sức khỏe đường ruột và tăng cường hệ miễn dịch.

1.2. Giá trị dinh dưỡng của sữa chua và lợi ích sức khỏe

Sữa chua chứa nhiều chất dinh dưỡng như protein, canxi và vitamin. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tiêu thụ sữa chua có thể giúp giảm cholesterol, cải thiện tiêu hóa và hỗ trợ hệ miễn dịch. Đặc biệt, sữa chua probiotic có khả năng kháng lại các vi sinh vật gây bệnh.

II. Vấn đề và thách thức trong sản xuất sữa chua probiotic

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc sản xuất sữa chua probiotic vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chất lượng nguyên liệu, quy trình sản xuất và chi phí cao đã ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận của người tiêu dùng với sản phẩm này.

2.1. Khó khăn trong việc tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic

Việc lựa chọn các chủng vi khuẩn lactic có đặc tính probiotic phù hợp là rất quan trọng. Các chủng này cần phải có khả năng sống sót trong môi trường axit và muối mật, đồng thời phải có khả năng lên men tốt.

2.2. Chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm

Giá thành sản phẩm sữa chua probiotic hiện nay vẫn còn cao so với thu nhập của người tiêu dùng tại Việt Nam. Điều này làm hạn chế khả năng tiếp cận của người tiêu dùng với sản phẩm dinh dưỡng này.

III. Phương pháp nghiên cứu vi khuẩn lactic probiotic cho sản xuất sữa chua

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp hiện đại để tuyển chọn và đánh giá các chủng vi khuẩn lactic có khả năng probiotic. Các phương pháp này bao gồm phân tích hình thái, sinh học phân tử và thử nghiệm lên men.

3.1. Phân tích hình thái và sinh học phân tử

Các chủng vi khuẩn được phân loại dựa trên hình thái và các đặc điểm sinh học phân tử. Phương pháp này giúp xác định chính xác các chủng vi khuẩn có khả năng lên men tốt và có lợi cho sức khỏe.

3.2. Thử nghiệm lên men và đánh giá khả năng probiotic

Thử nghiệm lên men được thực hiện để đánh giá khả năng lên men của các chủng vi khuẩn. Các chỉ tiêu như pH, độ nhớt và khả năng sinh acid được theo dõi để xác định hiệu quả của quá trình lên men.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu vi khuẩn lactic probiotic

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các chủng vi khuẩn lactic được tuyển chọn có khả năng lên men tốt và mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Việc ứng dụng các chủng này trong sản xuất sữa chua có thể giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng cường sức khỏe cho người tiêu dùng.

4.1. Kết quả thử nghiệm lên men sữa chua

Các thử nghiệm cho thấy rằng các chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men tốt, tạo ra sản phẩm sữa chua có hương vị và chất lượng cao. Sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng mà còn có lợi cho sức khỏe.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm

Việc ứng dụng các chủng vi khuẩn lactic probiotic trong sản xuất sữa chua có thể mở ra cơ hội mới cho ngành công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu vi khuẩn lactic probiotic

Nghiên cứu về vi khuẩn lactic probiotic trong sản xuất sữa chua đã chỉ ra nhiều tiềm năng phát triển. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủng vi khuẩn mới sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của người tiêu dùng.

5.1. Tương lai của sản xuất sữa chua probiotic

Sự phát triển của công nghệ sản xuất và nghiên cứu về vi khuẩn lactic sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành sản xuất sữa chua. Các sản phẩm mới có thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và sức khỏe của người tiêu dùng.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủng vi khuẩn lactic mới, đồng thời cải thiện quy trình sản xuất để giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Điều này sẽ giúp tăng cường sức khỏe cho người tiêu dùng và phát triển bền vững cho ngành công nghiệp thực phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường sữa lên men toàn cầu đạt quy mô doanh số khoảng 67 tỷ USD trên tổng số 500 tỷ USD của ngành sữa thế giới, với tốc độ tăng trưởng ổn định qua từng năm. Tại Việt Nam, thị trường sữa chua đạt doanh thu ấn tượng hơn 12.465 tỷ đồng (tương đương khoảng 600 - 650 triệu USD), duy trì mức tăng trưởng bình quân 20% mỗi năm. Mặc dù tiềm năng rất lớn, mức tiêu thụ sữa chua bình quân của người Việt Nam vẫn còn ở mức khiêm tốn, chỉ chiếm dưới 10% khẩu phần ăn với tỷ lệ tiêu thụ sữa chua so với sữa nước là 20:80, thấp hơn đáng kể so với mức 80:20 của Pháp hay 50:50 của Thái Lan.

Một rào cản kỹ thuật và kinh tế then chốt là ngành sản xuất sữa chua trong nước hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn vi khuẩn giống khởi động nhập khẩu từ nước ngoài, làm tiêu tốn ước tính 30 triệu USD chi phí nhập giống hàng năm và đẩy giá thành sản phẩm lên cao. Nhằm giải quyết vấn đề này, đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Vi sinh vật học tập trung vào mục tiêu tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic bản địa có hoạt tính probiotic cao, khảo sát các điều kiện sinh trưởng tối ưu và tạo tổ hợp giống khởi động ứng dụng trong công nghệ lên men sữa chua quy mô 5 lít.

Nghiên cứu được triển khai tại Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội, khảo sát trên 8 chủng vi khuẩn lactic tiềm năng được lưu giữ tại Bảo tàng giống chuẩn Vi sinh vật Việt Nam. Đề tài mở ra giải pháp chiến lược giúp các doanh nghiệp sữa trong nước chủ động hoàn toàn nguồn giống khởi động, giảm thiểu 20 - 30% chi phí sản xuất, đồng thời cung cấp các chế phẩm sữa chua probiotic đạt mật độ vi khuẩn có ích trên $10^7\text{ CFU/g}$, nâng cao giá trị dinh dưỡng và sức khỏe đường ruột cho người tiêu dùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Quá trình lên men sữa chua dựa trên nền tảng lý thuyết lên men lactic đồng hình, trong đó vi khuẩn lactic chuyển hóa đường lactose và glucose theo con đường Embden - Meyerhof - Parnas để tạo thành axit lactic chiếm trên 90% tổng sản phẩm trao đổi chất. Sự tích lũy axit lactic làm giảm độ pH môi trường sữa từ 6.6 xuống điểm đẳng điện của protein casein ($pI = 4.2 - 4.6$), dẫn đến hiện tượng đông tụ micelle casein tạo nên cấu trúc gel sữa mịn màng đặc trưng kết hợp với các polymer ngoại bào polysaccharide.

Bên cạnh đó, nghiên cứu tích hợp hệ tiêu chuẩn Probiotic theo định nghĩa của FAO/WHO, quy định các vi sinh vật sống khi bổ sung với lượng vừa đủ phải có khả năng sống sót qua hàng rào dịch dạ dày (pH 2.0 - 3.0) và dịch muối mật (0.2% - 1.0%), bám dính tốt trên bề mặt biểu mô ruột nhờ tính kỵ nước bề mặt tế bào. Các chủng vi khuẩn còn phải thể hiện hoạt tính sinh enzyme $\beta$-galactosidase nhằm thủy phân 20 - 30% lượng đường lactose thành glucose và galactose, hỗ trợ tối đa cho người mắc chứng bất dung nạp đường sữa, đồng thời tổng hợp enzyme protease giải phóng các peptide có hoạt tính sinh học và tạo phức hợp hương thơm acetaldehyde, diacetyl.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu nghiên cứu: Sử dụng 8 chủng vi khuẩn lactic gồm 6 chủng thuộc chi Lactobacillus (M01, 2991, 4045, LA, Ca, 8905) và 2 chủng thuộc chi Streptococcus (3492, BH) thu thập từ Bảo tàng Giống chuẩn Vi sinh vật Việt Nam (VTCC). Kiểm định hoạt tính kháng khuẩn trên 6 chủng vi sinh vật chỉ thị gây bệnh gồm Bacillus cereus, Listeria innocua, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Micrococcus luteus và Salmonella enterica.
• Phương pháp phân tích và định danh:
  • Khảo sát khả năng lên men sữa và độ đông tụ trên môi trường Skim milk 100 g/l bổ sung $CaCl_2$ 1.5 g/l và sữa thanh trùng bổ sung đường saccharose 120 g/l.
  • Định lượng nồng độ axit lactic sinh ra bằng phương pháp chuẩn độ thể tích với dung dịch NaOH 0.1N quy đổi ra độ Thorner (°T).
  • Định lượng hoạt tính enzyme $\beta$-galactosidase bằng cơ chất nhân tạo o-nitrophenyl-$\beta$-D-galactoside (ONPG) đo ở bước sóng $OD_{420}$ và $OD_{550}$.
  • Hoạt tính protease xác định qua đường kính vòng phân giải casein (mm) trên đĩa thạch; khảo sát tính an toàn tan máu trên đĩa thạch máu cừu 5%.
  • Tách chiết ADN bộ gen và phân loại sinh học phân tử bằng kỹ thuật PCR khuếch đại đoạn gen 16S rDNA sử dụng cặp mồi chuẩn 27F và 1525R, giải trình tự trên hệ thống ABI 3100 Avant và xây dựng cây phát sinh chủng loại bằng phần mềm CLUSTAL X.
• Quy trình tối ưu hóa và timeline: Nghiên cứu tối ưu hóa 8 hệ môi trường nuôi cấy (MT1 - MT8), dải nhiệt độ $20^\circ\text{C} - 50^\circ\text{C}$, dải pH 4.0 - 9.0, các nguồn cacbon và nitơ trong thời gian 24 - 60 giờ. Thử nghiệm lên men mẻ 5 lít tại $42^\circ\text{C}$ được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn cảm quan TCVN 7030:2002.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Hiệu suất lên men và khả năng làm đông sữa: 100% (8/8) chủng nghiên cứu đều có khả năng đồng hóa đường lactose làm dịch nuôi chuyển màu hoàn toàn sau 48 giờ. Trong điều kiện lên men ở $42^\circ\text{C}$, 3 chủng gồm Streptococcus 3492 ($OD_{600} = 2.09$), Lactobacillus 2991 ($OD_{600} = 2.53$) và Lactobacillus Ca ($OD_{600} = 2.98$) biểu hiện khả năng làm đông sữa nhanh nhất, tạo trạng thái gel đông đặc, đồng nhất và không xảy ra hiện tượng tách nước sau 10 giờ.
• Hoạt độ enzyme và khả năng sinh axit:
  • Chủng LA ghi nhận hoạt độ $\beta$-galactosidase vượt trội nhất đạt 218.58 nmol/phút, tiếp theo là chủng 4045 đạt 129.10 nmol/phút và chủng 2991 đạt 76.65 nmol/phút.
  • Về khả năng sinh axit hữu cơ, 4 chủng dẫn đầu gồm 2991 (0.92 g/l), M01 (0.88 g/l), 3492 (0.85 g/l) và BH (0.84 g/l).
  • Về hoạt tính protease ngoại bào, chủng BH và chủng M01 tạo vòng phân giải casein lớn nhất với đường kính lần lượt là 27 mm và 21 mm.
• Đặc tính probiotic và khả năng chống chịu: Các chủng LA, 3492 và Ca có khả năng sống sót và phát triển tốt tại môi trường chứa muối mật nồng độ lên đến 1.0%, trong khi chủng 8905 chịu được nồng độ 0.5%. Tại môi trường mô phỏng dịch dạ dày ở pH 2.0 và pH 3.0 trong 3 giờ, tỷ lệ sống sót của các chủng đạt trên 50%, bảo đảm mật độ tế bào hữu dụng khi đi qua hệ thống tiêu hóa của người.
• Hiệu quả lên men đa chủng quy mô 5 lít: Tổ hợp phối trộn giữa Lactobacillus bulgaricus M01, Lactobacillus acidophilus 2991 và Streptococcus thermophilus 3492 với tỷ lệ giống khởi động 3% - 5% cho thời gian lên men rút ngắn xuống còn 6 - 8 giờ, đạt độ pH đích 4.3 - 4.5. Sản phẩm sữa chua bảo quản ổn định ở $4^\circ\text{C}$ suốt 3 tuần mà vẫn giữ được độ sánh mịn và hương vị chua ngọt hài hòa.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu thực nghiệm về động học quá trình lên men có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường thể hiện sự sụt giảm độ pH kết hợp với đường cong tăng trưởng sinh khối vi sinh vật theo thời gian (từ 0 đến 10 giờ). Đồng thời, bảng ma trận đối sánh các đặc tính probiotic (chịu muối mật, chịu axit, hoạt tính $\beta$-galactosidase và vòng kháng khuẩn) cho thấy rõ tính ưu việt của mô hình kết hợp đa chủng.

Hiện tượng rút ngắn thời gian lên men từ 10 giờ xuống còn 6 - 8 giờ được giải thích nhờ mối quan hệ tương hỗ (symbiosis) chặt chẽ giữa hai chi vi khuẩn: Streptococcus thermophilus phát triển trước, tiêu thụ oxy hòa tan, sinh axit formic và carbon dioxide kích thích Lactobacillus phát triển; ngược lại, Lactobacillus với hệ enzyme protease mạnh mẽ (như chủng M01 tạo vòng 21 mm) sẽ phân cắt protein sữa thành các axit amin chuỗi nhánh và peptide tự do nuôi dưỡng Streptococcus. So với các nghiên cứu công bố quốc tế, tổ hợp chủng bản địa này đạt mật độ tế bào sống sau lên men trên $10^8\text{ CFU/ml}$, tương đương với các dòng men khởi động thương mại nhập khẩu từ châu Âu.

Đề xuất và khuyến nghị

• Hoàn thiện công nghệ sản xuất chế phẩm men đông khô: Giao Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học phối hợp cùng các đơn vị chế tạo thiết bị xây dựng quy trình sấy thăng hoa men giống đa chủng, đặt mục tiêu mật độ vi sinh vật sống đạt tối thiểu $10^{10}\text{ CFU/g}$, độ ẩm dưới 4%, triển khai thực hiện trong vòng 12 tháng.
• Ứng dụng thử nghiệm trên dây chuyền công nghiệp: Khuyến nghị các doanh nghiệp chế biến sữa trong nước như Công ty Sữa Ba Vì, Mộc Châu, Hanoimilk tiến hành nhận chuyển giao tổ hợp giống (M01, 2991, 3492) để chạy thử nghiệm ở quy mô 1.000 - 5.000 lít/mẻ, hướng đến mục tiêu cắt giảm 25% - 30% chi phí mua men giống ngoại nhập trong thời gian 24 tháng.
• Mở rộng nghiên cứu thử nghiệm in vivo: Đề xuất nhóm nghiên cứu tiếp tục triển khai các thử nghiệm lâm sàng trên mô hình động vật trong giai đoạn 18 tháng tiếp theo nhằm đánh giá chi tiết hàm lượng kháng thể IgA huyết thanh, nồng độ cholesterol máu và khả năng phục hồi hệ vi sinh đường ruột sau các liệu trình điều trị bằng kháng sinh.
• Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng và bảo hộ sở hữu trí tuệ: Cục Sở hữu trí tuệ và Bộ Y tế cần phối hợp hỗ trợ đăng ký chỉ dẫn nguồn gen và bảo hộ bản quyền sáng chế cho các chủng vi khuẩn lactic bản địa tiềm năng, thiết lập bộ tiêu chuẩn cơ sở kiểm soát chất lượng giống khởi động probiotic tại Việt Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Doanh nghiệp và nhà máy sản xuất sữa: Tiếp cận quy trình công nghệ tạo tổ hợp men giống nội địa có hoạt lực cao, giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm và nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường sữa lên men.
• Nhà khoa học và nghiên cứu viên ngành Vi sinh - Công nghệ Sinh học: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về phương pháp sàng lọc vi khuẩn probiotic, kỹ thuật định lượng enzyme $\beta$-galactosidase, giải trình tự gen 16S rDNA và kỹ thuật thiết lập quan hệ tương hỗ đa chủng.
• Học viên cao học và sinh viên đại học: Nắm bắt phương pháp luận nghiên cứu khoa học thực nghiệm, kỹ thuật thiết kế thí nghiệm tối ưu hóa môi trường nuôi cấy vi sinh vật và phương pháp đánh giá cảm quan thực phẩm theo tiêu chuẩn quốc gia.
• Chuyên gia dinh dưỡng và y tế cộng đồng: Khai thác các dữ liệu khoa học về cơ chế thủy phân lactose, tác dụng giảm tiêu chảy do kháng sinh và vai trò của probiotic trong việc tăng cường hệ miễn dịch đường tiêu hóa để xây dựng phác đồ dinh dưỡng hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần kết hợp giữa vi khuẩn Lactobacillus và Streptococcus thermophilus trong lên men sữa chua?
Sự kết hợp này tạo nên mối quan hệ cộng sinh tương hỗ hoàn hảo. Streptococcus thermophilus tăng trưởng nhanh ở giai đoạn đầu giúp axit hóa môi trường và tạo điều kiện kỵ khí, trong khi Lactobacillus tiết ra protease phân giải protein sữa thành các peptide và axit amin thiết yếu kích thích ngược lại sự phát triển của liên cầu khuẩn, giúp rút ngắn thời gian lên men xuống còn 6 - 8 giờ.

Tiêu chí quan trọng nhất để tuyển chọn một chủng vi khuẩn lactic mang đặc tính probiotic là gì?
Chủng vi khuẩn probiotic bắt buộc phải an toàn sinh học (không gây tan máu), chịu được môi trường axit dạ dày ở pH 2.0 - 3.0 trong 3 giờ với tỷ lệ sống trên 50%, chịu được nồng độ muối mật từ 0.3% đến 1.0% và có khả năng bám dính tốt trên niêm mạc ruột.

Khả năng sinh enzyme $\beta$-galactosidase của vi khuẩn mang lại lợi ích thực tiễn nào?
Enzyme $\beta$-galactosidase thủy phân đường đôi lactose thành hai đường đơn dễ hấp thu là glucose và galactose với tỷ lệ chuyển hóa từ 20% đến 30%, giúp loại bỏ hoàn toàn triệu chứng đau bụng, đầy hơi và tiêu chảy ở những người có hội chứng bất dung nạp đường lactose.

Điều kiện môi trường nuôi cấy tối ưu cho các chủng vi khuẩn lactic được xác định như thế nào?
Nghiên cứu đã sàng lọc qua 8 hệ môi trường khác nhau, xác định môi trường MRS cải tiến bổ sung nguồn cacbon glucose (nồng độ 20 g/l), nguồn nitơ hữu cơ từ cao nấm men và peptone, nuôi cấy tĩnh kỵ khí ở nhiệt độ $37^\circ\text{C} - 42^\circ\text{C}$ và duy trì pH khởi đầu ở mức 6.5 là tối ưu nhất cho sinh trưởng.

Tính khả thi của việc ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất quy mô công nghiệp ra sao?
Thử nghiệm lên men mẻ 5 lít đã chứng minh tổ hợp giống tạo ra sản phẩm sữa chua có cấu trúc đông mịn, không tách nước, hương thơm tự nhiên đạt chuẩn TCVN 7030:2002. Đây là tiền đề kỹ thuật vững chắc để mở rộng sản xuất ở quy mô bồn lên men công nghiệp hàng nghìn lít.

Kết luận

• Tuyển chọn thành công 8 chủng vi khuẩn lactic bản địa từ VTCC có hoạt tính lên men sữa và sở hữu nhiều đặc tính probiotic quý giá.
• Xác định chủng LA có hoạt độ $\beta$-galactosidase cao nhất đạt 218.58 nmol/phút và chủng M01, BH có khả năng phân giải casein mạnh mẽ tạo vòng phân giải từ 21 mm đến 27 mm.
• Khẳng định các chủng LA, 3492 và Ca có khả năng chống chịu xuất sắc ở nồng độ muối mật 1.0% và môi trường pH thấp từ 2.0 đến 3.0 với tỷ lệ sống sót vượt 50%.
• Xây dựng thành công tổ hợp giống khởi động đa chủng (M01, 2991, 3492) giúp rút ngắn chu kỳ lên men sữa chua xuống còn 6 - 8 giờ ở $42^\circ\text{C}$, quy mô thử nghiệm 5 lít đạt chất lượng cảm quan cao.
• Đặt nền móng vững chắc cho việc tự chủ công nghệ sản xuất chế phẩm vi khuẩn probiotic trong nước, giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn giống ngoại nhập trị giá 30 triệu USD mỗi năm. Quý bạn đọc, cơ sở nghiên cứu và các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm quan tâm có thể khai thác chi tiết quy trình công nghệ trong toàn văn luận văn để áp dụng vào thực tiễn sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Sữa chua là một trong những loại thực phẩm rất quan trọng và cần thiết cho cơ thể để tăng cường sức khỏe, ngăn ngừa bệnh tật, giữ một vóc dáng cân đối, gọn gàng. Rất nhiều bác sĩ, chuyên gia dinh dưỡng trên thế giới đều khuyến khích hình thành thói quen ăn sữa chua đều đặn mỗi ngày. Sữa chua là nguồn dinh dưỡng quý giá đã được sử dụng từ mấy ngàn năm nay. Vào năm 1910, nhà bác học người Nga Ilya Metchnikoff đã đoạt giải Nobel cho những khám phá về vai trò của sữa chua đối với sức khỏe con người.

Ngày 13-3-2009 tại Hà Nội, Viện Dinh dưỡng quốc gia đã tổ chức hội thảo khoa học về ―Vai trò của sữa chua trong dinh dưỡng và sức khỏe‖. Phó giáo sư - tiến sĩ, Phó viện trưởng Viện Dinh dưỡng quốc gia (NIN) Lê Thị Bạch Mai cũng cho rằng: ―Người Việt Nam nên hình thành thói quen ăn sữa chua mỗi ngày‖. Báo cáo của phó giáo sư - tiến sĩ Nguyễn Văn Hoan (trưởng phòng quản lý khoa học của Viện Dinh dưỡng quốc gia) trong buổi hội thảo cũng đã nêu bật giá trị dinh dưỡng đó. Cứ 100g sữa chua chứa khoảng 100kcal, có chất đường (15,4g), chất đạm (3,1g), chất béo (3g), canxi và một số loại vitamin như , D, E… Trong 226g sữa chua (khoảng 2 hộp) cung cấp hơn 20% protein, 30-40% canxi và một lượng vitamin, khoáng chất quan trọng khác cơ thể cần mỗi ngày.

Ngoài ra, rất nhiều lợi ích khác của sữa chua đang được tiếp tục tìm ra như giảm hiện tượng không dung nạp lactose, ngăn ngừa bệnh đường ruột, kích thích đáp ứng miễn dịch, giảm cholesterol trong máu và hạn chế các bệnh liên quan đến tim mạch [10,39,45,62]. Đặc biệt là các sản phẩm sữa chua có bổ sung các chủng vi khuẩn probiotic có khả năng kháng chất kháng sinh phối hợp điều trị kết hợp kháng sinh giúp bệnh nhân tăng cường sức đề kháng. Là thực phẩm bổ dưỡng và có nhiều lợi ích nhưng tình hình sử dụng sữa chua hiện nay trong bữa ăn của người Việt Nam vẫn còn khá thấp (<10%). Ở châu Âu sữa chua chiếm tới 32% khẩu phần ăn.

Tỷ lệ sử dụng sữa chua so với sữa tại Pháp là 80:20, ở Singapore là 70:30 hay Thái Lan đạt 50:50. Trong khi đó, tỷ lệ này ở Việt Nam chỉ 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học – Đỗ Thị Thu Thuỷ (2017) khoảng 20:80 [85]. Tiềm năng phát triển thị trường sữa chua ở Việt nam rất cao, tuy nhiên trở ngại kìm hãm sự phát triển này ở Việt Nam là do giá thành sản phẩm còn cao so với mức thu nhập bình quân người Việt Nam. Tại Việt Nam hiện nay, có nhiều công ty sản xuất và phân phối sữa và các sản phẩm từ sữa như Vinamilk, Công ty Cổ phần sữa Quốc tế (IDP), TH milk, Công ty sữa a Vì, Hà Nội Milk.

Ngoài ra, còn có rất nhiều sản phẩm sữa chua của các thương hiệu khác như: sữa chua uống Yakult (Nhật ản), FieslandCampina (Hà Lan), sữa chua uống Yomost, Kinh Đô với sữa chua uống Well-yo, Dalatmilk với Yous cùng nhiều thương hiệu nhập khẩu khác. Tuy nhiên, tại thời điểm nghiên cứu, nguồn chủng giống khởi động trong lên men sữa chua phục vụ sản xuất của các công ty này hoàn toàn là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao. Chưa có một sản phẩm thương mại giống khởi động nào được sản xuất trong nước. Việc chủ động giống khởi động cho lên men sữa chua là nhu cầu cần thiết với ngành sữa Việt Nam hiện nay.

Lên men sữa chua chủ yếu liên quan đến vi khuẩn lactic (Lactobacillus, Streptococcus và Bifidobacterium). Trong số các đại diện thuộc Lactobacillus thì có 3 loài được nghiên cứu và sử dụng phổ biến nhất để sản xuất giống khởi động cho lên men sữa chua là L. Và để phù hợp với sự phát triển đa dạng của các sản phẩm sữa chua hiện nay, các sản phẩm sữa chua không chỉ đáp ứng về hương vị, giá trị dinh dưỡng mà còn phải cung cấp các vi sinh vật lợi khuẩn cho hệ tiêu hóa, tăng cường miễn dịch. Từ những lý do trên, với mong muốn người dân Việt Nam có thể được sử dụng nhiều sữa chua hơn, đặc biệt là sữa chua probiotic, chúng tôi thực hiện nghiên cứu này với mục tiêu là: “Chọn được những tổ hợp chủng vi khuẩn lactic có đặc tính probiotic nhằm ứng dụng cho nhân giống khởi động trong lên men sữa chua, giảm giá thành cũng như chủ động nguồn giống cho sản xuất trong nước”.

2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học – Đỗ Thị Thu Thuỷ (2017) Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1 Sữa chua và công nghệ sản xuất sữa chua 1.1 Lịch sử hình thành Sữa chua là một trong các loại thực phẩm lên men lâu đời và phổ biến nhất được biết đến trên thế giới. Sữa chua được phát hiện tình cờ bởi bộ tộc alkan từ hàng ngàn năm trước và đã trở thành một loại thực phẩm của Đông u. Đến những năm 1900, vai trò của vi khuẩn lactic trong lên men sữa chua thật sự được biết đến với những phát hiện của nhà sinh vật học Nga Metchnikoff (1845 – 1916). Khi làm việc tại Viện Pasteur (Pháp) ông đã nhận thấy rằng vi khuẩn L.

bulgaricus trong sữa chua là nguyên nhân về tuổi thọ dài bất thường của những người ulgaria [70]. Năm 1919, Isaac Carasso, Tây an Nha thành lập xưởng sản xuất sữa chua đầu tiên có tên là Dannon. Năm 1930, bác sĩ Minoru Shirota, Nhật ản lần đầu tiên phân lập được chủng L. ng đã sử dụng chủng vi khuẩn này lên men sữa dạng dịch và đây là bước khởi đầu cho việc thành lập công ty Yakult ở Nhật ản năm 1935.

Cho đến nay, Yakult đã có 80 năm hoạt động và có đại diện trên 40 quốc gia trên khắp thế giới [88]. Việc sử dụng sữa chua như là một nguồn cung cấp chất dinh dưỡng đã làm cho sữa chua trở thành một trong những sản phẩm sữa phát triển nhanh nhất. Sữa chua, kefir, sữa và các sản phẩm lên men từ sữa đang trong quá trình để trở thành nguồn dinh dưỡng thiết yếu nhằm mục đích điều trị một loạt các bệnh [40]. Các protein mà sữa chua cung cấp có giá trị cao bởi các vitamin và khoáng chất được tìm thấy trong sữa và các sản phẩm từ sữa.

Chúng cung cấp một loạt các chất dinh dưỡng quan trọng như năng lượng và hàm lượng chất béo với số lượng đáng kể làm cho chúng trở thành một thực phẩm giàu dinh dưỡng. Ăn các sản phẩm sữa như sữa chua, giúp nâng cao chất lượng tổng thể của khẩu phần ăn và làm tăng khả năng hấp thu chất dinh dưỡng. Vitamin và khoáng chất có thể được bổ sung vào sữa và các sản phẩm từ sữa dành cho cho trẻ em [86]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học – Đỗ Thị Thu Thuỷ (2017) 1.2 Giá trị dinh dƣỡng và vai trò của sữa chua dối với sức khỏe Có thể nhận thấy sữa chua là sản phẩm của sữa nên có giá trị dinh dưỡng khá cao và cân đối: trong 100g sữa chua chứa khoảng 100 Kcal, chất đạm trung bình từ 3,1 - 5,3g, chất béo khoảng 2,3 - 2,6g, chất bột khoảng 14-15g.

Cơ cấu năng lượng trung bình của sữa chua khá cân đối, với tỷ lệ năng lượng của 3 chất Protein: Lipit: Glucose là khoảng 17: 23: 60. So với nhu cầu khuyến nghị của Viện Dinh dưỡng quốc gia cho trẻ em đến 9 tuổi là Protein: Lipit: Glucose =15: 30: 55 thì rõ ràng sữa chua là một sản phẩm cân đối về năng lượng đáp ứng tốt cho sự phát triển nhanh của trẻ [86]. Ngoài các giá trị dinh dưỡng trên thì sữa chua probiotic được coi như là một thực phẩm chức năng với một số đặc tính nổi trội như là: (i) Tăng hiệu quả sử dụng đường lactose tránh bệnh tiêu chảy do dùng các sản phẩm sữa: Trong thành phần của sữa có đường lactose là một disaccharide. Những thiếu hụt về khả năng sinh enzyme β-galactosidse thường dẫn đến bệnh tiêu chảy.

Phần lớn các vi khuẩn probiotic đặc biệt là vi khuẩn lactic (Lactobacillus, Streptococcus và Bifidobacterium) có khả năng sinh enzyme β-galactosidse có khả năng thủy phân đường lactose thành đường đơn là galactose và glucose [70]. (ii) Ức chế vi sinh vật gây bệnh cho vật chủ như E. Salmonella, Staphylococcus… và các vi sinh vật gây bệnh theo một số cơ chế sau:  Cơ chế sinh ra các chất bacteriocin (bao gồm cả lantibiotic) như nisin, enteriocin, subtilisin [45].  Với số lượng lớn vi khuẩn lactic trong sữa chua (hàng trăm triệu đến hàng tỷ CFU/g sẽ tăng khả năng cạnh tranh các thành phần dinh dưỡng và vị trí bám trên nhu mô ruột của vật chủ.

 Vi khuẩn lactic trong sữa chua có thể sinh ra các thành phần hữu cơ có tác dụng ức chế vi sinh vật gây bệnh. Các vi khuẩn lactic sinh ra các thành phần axít hữu cơ như lactic, acetic, ethanol có tác dụng ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh [68]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học – Đỗ Thị Thu Thuỷ (2017) (iii) Kích thích và tăng khả năng đáp ứng miễn dịch của vật chủ. Các nghiên cứu cho thấy là sự có mặt của vi khuẩn sữa chua tạo thành môi trường có pH thấp với các thành phần bacteriocin, các peptid và sinh các loại axit béo liên kết thành các mạch ngắn hay việc bám của vi khuẩn vào nhu mô ruột sẽ kích thích hệ thống miễn dịch tập nhiễm (innate immune response).

Kết quả là kích thích sự hoạt động của đại thực bào tiết ra protein miễn dịch IgA, thông qua tế bào T để sinh ra các loại cytokine khác nhau như Interferon (IFN-γ), IL-10, IL-4 [39]. (iv) Giảm pH của hệ tiêu hóa và tác dụng tích cực đến hệ vi sinh vật đường ruột theo hướng có lợi cho vật chủ. Trong hệ tiêu hóa của vật chủ có 1013-1014 tế bào vi sinh vật khác nhau. Chúng được chia thành 3 nhóm chủ yếu: nhóm có lợi cho vật chủ như lactobacilii, bifidobacterium và một số nấm men.

Nhóm có hại cho vật chủ: như Staphylococcus, Clostridium, E.coli và nhóm vừa có lợi vừa có hại như Enterococii. Sự có mặt của vi khuẩn lactic (Lactobacillus và Bifidobacterium) làm giảm pH theo hướng bất lợi cho nhóm vi sinh vật có hại do đó làm thay đổi cân bằng quần xã vi sinh vật đường ruột có lợi cho vật chủ [54]. (v) Giảm cholesterol trong máu và hạn chế các bệnh liên quan đến tim mạch. Vi khuẩn probiotic được biết có vai trò sinh ra axít hữu cơ, làm giảm axít béo, thành phần cholesterol trong máu và ức chế quá trình phát triển của các khối u, ung thư.