Luận văn thạc sĩ: Tạo viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto trong công nghệ sinh học

Khám phá nghiên cứu tạo viên nang synbiotic từ bacillus subtilis natto trong luận văn thạc sĩ công nghệ sinh học. Tìm hiểu ứng dụng và tiềm năng.

• Tác giả: Lê Văn Hơn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thúy Hương
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Thử nghiệm quy trình tạo viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về viên nang synbiotic

Viên nang synbiotic là sản phẩm kết hợp giữa probiotic và prebiotic, giúp tăng cường sức khỏe đường ruột. Việc tạo viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Bacillus subtilis natto có khả năng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt của hệ tiêu hóa, nhờ vào khả năng bám dính và chịu pH thấp của vi khuẩn này. Bên cạnh đó, enzyme nattokinase được sản xuất từ vi khuẩn này có tác dụng hỗ trợ tiêu hóa và giảm nguy cơ hình thành huyết khối. Sự kết hợp giữa probiotic và prebiotic trong viên nang synbiotic không chỉ tăng cường hiệu quả của vi khuẩn mà còn bảo vệ chúng trong quá trình tiêu hóa, từ đó tối ưu hóa lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng.

1.1. Đặc điểm của Bacillus subtilis natto

Bacillus subtilis natto là một loại vi khuẩn Gram dương, hiếu khí, có khả năng sinh tổng hợp enzyme nattokinase. Vi khuẩn này có khả năng sống trong môi trường khắc nghiệt, bao gồm pH thấp và nồng độ muối mật cao. Đặc điểm nổi bật của Bacillus subtilis natto là khả năng tạo bào tử, giúp vi khuẩn tồn tại trong điều kiện không thuận lợi. Sự tồn tại của vi khuẩn này trong sản phẩm thực phẩm chức năng có thể cải thiện sức khỏe đường ruột, hỗ trợ tiêu hóa và tăng cường miễn dịch. Các enzyme tiêu hóa từ vi khuẩn này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ dinh dưỡng, đồng thời giúp giảm cholesterol và ngăn ngừa các bệnh lý liên quan đến huyết khối.

II. Công nghệ sinh học trong tạo viên nang synbiotic

Công nghệ sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto. Kỹ thuật vi gói, đặc biệt là phương pháp sấy phun, được sử dụng để bảo vệ vi khuẩn trong suốt quá trình sản xuất và bảo quản. Việc lựa chọn vật liệu vi gói như tinh bột biến tính và maltodextrin giúp tăng cường khả năng sống sót của vi khuẩn trong môi trường tiêu hóa. Các thông số kỹ thuật trong quá trình sấy phun, bao gồm nhiệt độ và lưu lượng dịch phun, được tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Kết quả cho thấy viên nang synbiotic có mật độ tế bào cao và hoạt tính nattokinase ổn định, mang lại hiệu quả tốt trong việc hỗ trợ sức khỏe đường ruột.

2.1. Kỹ thuật vi gói và sấy phun

Kỹ thuật vi gói là một phương pháp hiệu quả để bảo vệ vi khuẩn probiotic trong sản phẩm thực phẩm chức năng. Phương pháp sấy phun cho phép tạo ra viên nang synbiotic với kích thước hạt nhỏ, giúp tăng cường khả năng hấp thụ và hiệu quả của vi khuẩn trong đường ruột. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, với nồng độ chất khô tối ưu và nhiệt độ sấy phù hợp, sản phẩm thu được không chỉ giữ được hoạt tính probiotic mà còn cải thiện độ bền trong quá trình bảo quản. Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của công nghệ sinh học trong việc phát triển các sản phẩm dinh dưỡng chức năng từ vi khuẩn có lợi.

III. Ứng dụng thực tiễn của viên nang synbiotic

Viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto không chỉ có tiềm năng trong lĩnh vực thực phẩm chức năng mà còn trong y học. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng, enzyme nattokinase có khả năng phân giải fibrin, giúp ngăn ngừa và điều trị các bệnh liên quan đến huyết khối. Việc sử dụng sản phẩm này có thể hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường, giảm cholesterol và cải thiện sức khỏe tim mạch. Với nhu cầu ngày càng tăng về các sản phẩm tự nhiên và an toàn cho sức khỏe, viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto có thể trở thành một lựa chọn tiềm năng cho người tiêu dùng, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống.

3.1. Lợi ích sức khỏe từ viên nang synbiotic

Sản phẩm viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm cải thiện chức năng tiêu hóa, tăng cường miễn dịch và hỗ trợ điều trị các bệnh lý liên quan đến huyết khối. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc bổ sung vi khuẩn probiotic có thể làm giảm triệu chứng rối loạn tiêu hóa, tăng cường khả năng hấp thụ dinh dưỡng và cải thiện sức khỏe tổng thể. Hơn nữa, với khả năng tiết enzyme nattokinase, sản phẩm này có thể giúp phân giải cục máu đông, ngăn ngừa các bệnh lý tim mạch, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống cho người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN HƠN THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH TẠO VIÊN NANG SYNBIOTIC TỪ BACILLUS SUBTILIS NATTO CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 60.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Thúy Hương Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Nguyễn Hữu Phúc Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Phan Ngọc Hòa Luận văn thạc sĩ đư ợc bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 08 tháng 01 năm 2016. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ g ồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Tiến Thắng 2. Phản biện 1: TS Nguyễn Hữu Phúc 3. Phản biện 2: TS Phan Ngọc Hòa 4. Ủy viên: TS Võ Đình L ệ Tâm 5. Thư ký: TS Hu ỳnh Ngọc Oanh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Văn Hơn MSHV: 13311005 Ngày, tháng, năm sinh: 10/08/1990 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60. TÊN ĐỀ TÀI: Thử nghiệm tạo viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG  Khảo sát đặc tính sinh học của vi khuẩn.  Khảo sát hoạt tính probiotic, các enzyme hỗ trợ ti êu hóa và enzyme nattokinase.subtilis natto với tinh bột biến tính và maltodetrin bằng kỹ thuật sấy phun  Tái xác định hoạt tính probiotic của vi khuẩn B.subtilis natto và hoạt tính nattokinase trong thời gian bảo quản sản phẩm. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/2015 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/2015 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thúy Hương Tp. HCM, ngày tháng năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA: KỸ THUẬT HÓA HỌC LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ sinh học Khoa Kỹ thuật hóa học trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, đã truyền đạt và trang bị cho em những kiến thức bổ ích và dành cho em những tình cảm thân thương nhất trong suốt thời gian học tập tại khoa. Như một lời tri ân em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Nguyễn Thúy Hương đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết, trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn, đã dạy bảo và truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích. Xin nói lên lời cảm ơn thật lòng đối với những người bạn của tôi, những người đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành khóa luận. Ba mẹ đã cho con cu ộc đời này, nuôi dạy, nhìn con khôn lớn, luôn luôn bên cạnh con những khi con cần. Từ đáy lòng con xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến ba mẹ. Em xin cảm ơn các anh chị luôn yêu thương và giúp đỡ em.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 Lê Văn Hơn TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài luận văn: “Thử nghiệm quy trình tạo viên nang synbiotic từ Bacillus subtilis natto”  Học viên thực hiện: Lê Văn Hơn  Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thúy Hương  Thời gian thực hiện: 01/2015 – 12/2015 Nội dung đề tài: 1. Khảo sát đặc tính sinh học của vi khuẩn. Khảo sát hoạt tính probiotic, các enzyme hỗ trợ tiêu hóa và enzyme nattokinase.subtilis natto với tinh bột biến tính và maltodetrin bằng kỹ thuật sấy phun 4. Tái xác định hoạt tính probiotic của vi khuẩn B.subtilis natto và hoạt tính nattokinase trong thời gian bảo quản sản phẩm. Kết quả đề tài: 1.subtilis natto mà đề tài khảo sát có những hoạt tính probiotic quý: chịu được các điều kiện cực đoan trong hệ tiêu hóa, khả năng bám dính tốt, có các enzyme hỗ trợ tiêu hóa và enzyme nattokinase. Các thông số của quá trình vi gói bằng phương pháp sấy phun: nồng độ chất khô của dịch là 5% (w/v) (trong đó tinh bột biến tính và maltodextrin chiếm tỷ lệ 1:9), nhiệt độ không khí đầu vào là 1100C, lưu lượng dịch phun là 5,60 ml/phút (tương đương với tốc độ bơm nhu động là 6rpm). Kích thước trung bình hạt vi gói là 2. Bước đầu thử nghiệm tạo sản phẩm viên nang synbiotic có mật độ tế bào B.subtilis natto là 8,55 ± 0,18 log(CFU/g), hoạt tính nattokinase là 518,2 FU/g và độ ẩm là 9,11%. Bảo toàn và cải thiện đáng kể mật độ sống sót và hoạt tính probiotic trong điều kiện cực đoan của hệ tiêu hóa (pH thấp của dạ dày, muối mật của ruột non) và điều kiện bảo quản của sản phẩm. Trong thời gian theo dõi 60 ngày bảo quản, mật độ tế bào B.subtilis natto trong viên nang, hoạt tính nattokinase và độ ẩm là ổn định. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu được trình bày trong phần kết quả của luận văn này là do chính bản thân tôi thực hiện, không sao chép của bất kỳ người khác. Lê Văn Hơn MỤC LỤC TRANG DANH MỤC BẢNG . 5 DANH MỤC HÌNH. 6 DANH MỤC ĐỒ THỊ . Mục tiêu nghiên cứu . Nội dung nghiên cứu. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về vi khuẩn B. Đặc điểm sinh học của vi khuẩn B. Sinh tổng hợp nattokinase . Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp nattokinase. Probiotic và vai trò của probiotic . Vai trò của probiotic. Prebiotic và synbiotic . Prebiotic và vai trò của prebiotic. Synbiotic và vai trò của synbiotic. Bệnh huyết khối và enzyme nattokinase . Tình trạng bệnh huyết khối ở Việt Nam và trên thế giới. Huyết khối và phân loại huyết khối theo lâm sàng. Sự phân hủy huyết khối bởi enzyme nội sinh plasmin. Cấu trúc của enzyme nattokinase . Cơ chế hoạt động của nattokinase . Cơ chế phân hủy fibrin của nattokinase . Kỹ thuật vi gói sấy phun. Vật liệu vi gói . Tinh bột biến tính . Vi gói bằng phương pháp sấy phun (spray drying) . Các nghiên cứu của vi khuẩn B.subtilis natto trong và ngoài nước. 26 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát. Phương pháp bố trí thí nghiệm. Khảo sát đặc tính sinh học của B. Khảo sát hoạt tính probiotic của B. Khảo sát tỷ lệ phối trộn tinh bột biến tính và maltodextrin; các thông số kỹ thuật của quá trình sấy phun. Khảo sát khả năng sử dụng tinh bột biến tính và maltodextrin để vi gói B.subtilis natto bằng kỹ thuật sấy phun. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào . Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dịch phun . Theo dõi chế phẩm vi gói . Thử nghiệm tạo viên nang synbiotic . Các phương pháp nghiên cứu. Phương pháp vi sinh . Phương pháp hóa sinh . Phương pháp thống kê và xử lý số liệu . 44 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3. Khảo sát một số đặc tính sinh học của vi khuẩn B. Quan sát hình thái đại thể và vi thể. Kết quả lập đường cong sinh trưởng của B. Khảo sát một số đặc điểm và hoạt tính probiotic của vi khuẩn B. Khảo sát khả năng chịu pH thấp của B.subtilis natto trong môi trường SGF . Khảo sát khả năng chịu muối mật của B.subtilis natto trong môi trường SIF. Khảo sát khả năng bám dính của B. Đánh giá hoạt tính enzyme tiêu biểu từ B.subtilis natto trong dịch lên men. Khảo sát tỷ lệ phối trộn tinh bột biến tính và maltodextrin; các thông số kỹ thuật của quá trình sấy phun. Khảo sát khả năng sử dụng tinh bột biến tính và maltodextrin để vi gói B.subtilis natto bằng kỹ thuật sấy phun. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dịch phun. Khảo sát đặc điểm, cấu trúc hạt vi gói vi khuẩn B.subtilis natto sau vi gói bằng phương pháp sấy phun. Tái khảo sát một số đặc điểm và hoạt tính probiotic của B.subtilis natto trong chế phẩm vi gói theo thời gian bảo quản . 66 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4. 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO . 73 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CFU Colony Forming Unit FAO Food and Agriculture Organization WHO World Health Organization SEM Scanning Electron Microscope SGF Simulated Gastric Fluid SIF Simulated Intestinal Fluid DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các tỷ lệ phối trộn giữa tinh bột biến tính và maltodextrin .1: Khả năng bám dính với dung môi của B.2: Đường kính phân giải của enzyme tiêu hóa từ B.3: Mối liên hệ giữa tinh bột biến và maltodextrin trong dịch sấy phun và các chỉ tiêu theo dõi .4: Hiệu suất vi gói của các tỷ lệ vật liệu vi gói .5: Tương quan giữa nhiệt độ không khí đầu vào và các chỉ tiêu theo dõi .6: Tương quan giữa lưu lượng dịch phun và các chỉ tiêu theo dõi .7: Sự thay đổi mật độ B.subtilis natto, nattokinase và độ ẩm theo thời gian bảo quản . 68 DANH MỤC HÌNH Hình 1.subtilis natto dưới kính hiển vi .2: Đặc điểm khuẩn lạc của B.3: Cơ chế sinh tổng hợp và tiết protein ở vi khuẩn .4: Một số loại prebiotic.5: Cơ chế thủy phân fibrin .6: Cấu trúc bậc 3 của nattokinase .7: Cơ chế thủy phân fibrin in-vitro bởi nattokinase .8: Cấu tạo hạt vi gói.9: Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính.10: Công thức cấu tạo của maltodextrin.11: Sơ đồ của máy sấy phun và hình máy sấy phun.1: Sơ đồ nghiên cứu tổng quát.subtilis natto bằng kỹ thuật sấy phun .1: (a) ảnh hạt vi gói được chụp bằng SEM ở độ phóng đại 10.000 lần, (b) kích thước hạt, (c) chế phẩm vi gói .3: Chế phẩm synbiotic dạng viên nang của B. 68 DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1: Đường cong sinh trưởng của B.2: Khả năng sống sót của B.subtilis natto trong môi trường SGF với các giá trị pH khác nhau .3: Khả năng sống sót của B.subtilis natto trong môi trường SIF .4: Khả năng tự kết dính của B.5: Khả năng sống sót của B.subtilis natto khi ủ trong SGF và SIF ở chế phẩm vi gói ban đầu, sau 30 ngày và 60 ngày bảo quản .6: Khả năng sống sót của vi khuẩn B.subtilis natto trong các giai đoạn bảo quản sản phẩm . Đặt vấn đề Từ lâu probiotic được biết đến trong các sản phẩm thực phẩm chức năng và dược phẩm.