Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ vi sinh vật đường ruột của con người có hơn 500 loài vi khuẩn khác nhau, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa, hấp thụ chất dinh dưỡng, hỗ trợ hệ thống miễn dịch và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh. Theo định nghĩa của Tổ chức Lương Nông Liên Hiệp Quốc (FAO) và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) công bố năm 2001, probiotic là các vi sinh vật sống mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ khi được đưa vào cơ thể với số lượng đầy đủ. Để phát huy hiệu quả sinh học trong đường tiêu hóa, các sản phẩm thực phẩm bổ sung probiotic cần duy trì mật độ tế bào sống tối thiểu từ $10^6$ đến $10^7\text{ CFU/g}$ (hoặc $\text{CFU/mL}$) tại thời điểm tiêu thụ.

Tuy nhiên, các vi khuẩn probiotic, điển hình là chủng Lactobacillus acidophilus, rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường trong quá trình chế biến, bao gói, bảo quản (nhiệt độ, oxy, pH) và đặc biệt bị suy giảm mật độ nghiêm trọng khi đi qua môi trường acid cao của dịch vị dạ dày cũng như muối mật trong dịch ruột non. Nhằm khắc phục hạn chế này, kỹ thuật vi bao (microencapsulation) tạo các hạt vi gel đã được phát triển để bảo vệ tế bào vi khuẩn khỏi các tác nhân bất lợi mà không gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cảm quan của thực phẩm. Khóa luận tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán gia tăng hiệu suất bao gói và cải thiện tỷ lệ sống sót của Lactobacillus acidophilus thông qua việc kết hợp sodium alginate với các nguồn protein bổ sung (gelatin và soy protein isolate) bằng phương pháp phun áp lực.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất bổ sung (gelatin ở các mức 1%, 2%, 3% w/v và soy protein ở các mức 5%, 10%, 15% w/v) đến hiệu suất vi bao và mật độ tế bào vi khuẩn trong hạt gel.
  2. Phân tích phân bố kích thước hạt vi gel thu được từ các công thức màng bao tối ưu.
  3. Quan sát và đánh giá đặc điểm hình thái vi cấu trúc bề mặt ngoài của hạt vi bao sấy thăng hoa dưới kính hiển vi quét điện tử (SEM).
  4. Đánh giá khả năng sống sót và biến thiên mật độ của Lactobacillus acidophilus được vi bao khi ngâm trong môi trường acid giả lập dịch vị dạ dày (Simulated Gastric Juice - SGJ, pH = 1,5) theo các mốc thời gian 30, 60, 90 và 120 phút.
  5. Đánh giá khả năng sống sót của vi khuẩn được vi bao trong môi trường giả lập dịch ruột non (Simulated Intestinal Juice - SIJ, pH = 7,43) theo các mốc thời gian 30, 60, 90 và 120 phút.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Chủng vi khuẩn probiotic Lactobacillus acidophilus cùng hệ vật liệu tạo màng bao polymer sinh học gồm sodium alginate, gelatin, protein đậu nành cô lập (soy protein isolate) và dung dịch tạo gel ion liên kết ngang $\text{CaCl}_2$.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Đề tài được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vi sinh & Hóa sinh, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ ngày 10/01/2015 đến ngày 16/07/2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình sinh học

Khóa luận xây dựng trên các cơ sở khoa học về vi sinh vật học thực phẩm và công nghệ hóa lý polymer:

  • Đặc tính sinh học chủng Lactobacillus acidophilus: Trực khuẩn Gram dương, kích thước chiều rộng $0,6 - 0,9\ \mu\text{m}$, dài $1,5 - 6,0\ \mu\text{m}$, không di động, không sinh bào tử, vi hiếu khí, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu $35 - 40^\circ\text{C}$, pH tối ưu $5,5 - 6,0$. Vi khuẩn có khả năng lên men nhiều loại đường (glucose, lactose, sucrose, fructose...) và sinh các hợp chất ức chế mầm bệnh như acid lactic, $\text{H}_2\text{O}_2$, bacteriocin.
  • Cơ chế tạo gel ion của Sodium Alginate: Alginate là copolymer mạch thẳng gồm hai đơn vị acid uronic là $\beta$-(1,4)-D-mannuronic (M) và $\alpha$-(1,4)-L-guluronic (G). Khi tiếp xúc với cation hóa trị hai ($\text{Ca}^{2+}$ từ $\text{CaCl}_2$), các khối liên kết G-G tạo cấu trúc "hộp trứng" (egg-box model) liên kết ngang bền vững.
  • Đặc tính phối hợp của Gelatin và Soy Protein: Gelatin là protein lưỡng tính có nguồn gốc từ collagen, tạo màng bao lớp 1 mềm dẻo nhưng kém bền nhiệt. Khi kết hợp với mạng alginate (lớp 2), độ ổn định cấu trúc được củng cố. Soy protein isolate (thành phần chính gồm glycinin ~60% và $\beta$-conglycinin ~40%) khi biến tính nhiệt sẽ duỗi mạch polypeptide, hình thành mạng lưới không gian ba chiều đan xen với khung alginate thông qua liên kết hydro, liên kết kỵ nước và liên kết ion.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm phòng thí nghiệm tiêu chuẩn gồm các công đoạn:

  • Chuẩn bị huyền phù vi sinh vật: L. acidophilus được nhân giống 2 cấp trên môi trường lỏng MRS (De Man, Rogosa and Sharpe). Cấp 1 hoạt hóa trong 10 mL MRS ở $35^\circ\text{C}$, 24 giờ, lắc 300 vòng/phút bằng máy lắc KS 130 (IKA, Đức). Cấp 2 tăng sinh trong 90 mL MRS ở điều kiện tương tự, sau đó ly tâm thu sinh khối ở tốc độ 4000 vòng/phút trong 10 phút tại $4^\circ\text{C}$ bằng máy ly tâm Rotanta 460 Hettich.
  • Chuẩn bị dung dịch màng bao:
    • Dung dịch Sodium alginate: Hòa tan bột trong nước, ngâm 24 giờ, tiệt trùng $121^\circ\text{C}$ trong 15 phút.
    • Dung dịch Gelatin: Hòa tan ở $50^\circ\text{C}$, hạ nhiệt độ về $28 - 30^\circ\text{C}$.
    • Dung dịch Soy protein: Hòa tan trong nước cất vô trùng, gia nhiệt biến tính ở $78^\circ\text{C}$ trong 45 phút, sau đó hạ nhiệt độ về $28 - 30^\circ\text{C}$.
  • Quy trình vi bao bằng phương pháp phun áp lực:
    • Giai đoạn 1: Phối trộn huyền phù tế bào với dung dịch protein (gelatin 1%, 2%, 3% hoặc soy protein 5%, 10%, 15%) bằng máy khuấy từ ở tốc độ 1000 vòng/phút trong 10 phút. Sau đó phối trộn tiếp với dung dịch alginate ở tốc độ 300 vòng/phút trong 10 phút.
    • Giai đoạn 2: Phun hỗn hợp qua thiết bị phun áp lực vào dung dịch $\text{CaCl}_2$ 1% (w/v) đang được khuấy từ liên tục. Các hạt gel tạo thành được ngâm ổn định cấu trúc trong dung dịch $\text{CaCl}_2$ ở $4^\circ\text{C}$ trong 30 phút.
  • Phương pháp xác định hiệu suất vi bao ($H_1$): Ly tâm hỗn hợp sau vi bao ở 4500 vòng/phút ($5^\circ\text{C}$, 10 phút bằng máy EBA 21 Hettich) để tách hạt gel và tế bào tự do chưa được bao ($N_1$). Hạt vi bao được phá vỡ hoàn toàn trong dung dịch đệm sodium citrate 1% (w/v, pH = 6) để giải phóng toàn bộ tế bào ($N_0$). Định lượng bằng phương pháp trải đĩa trên môi trường MRS agar, ủ $37^\circ\text{C}$ trong 48 giờ. Hiệu suất được tính theo công thức: $$H_1 = \frac{N_0 - N_1}{N_0} \times 100%$$
  • Phương pháp phân tích hóa lý và hình thái hạt:
    • Phân bố kích thước hạt: Đo bằng thiết bị tán xạ laser Partica LA-950V2 (HORIBA, Nhật Bản).
    • Hình thái bề mặt: Hạt sau sấy thăng hoa được chụp ảnh bằng kính hiển vi quét điện tử phát xạ trường FE-SEM S4800 (Hitachi, Nhật Bản).
  • Khảo sát khả năng kháng dịch tiêu hóa giả lập in vitro:
    • Môi trường giả lập dạ dày (SGJ): Dung dịch $0,08\text{ M HCl}$ và $0,2%\text{ NaCl}$ điều chỉnh về $\text{pH} = 1,5$.
    • Môi trường giả lập dịch ruột (SIJ): Dung dịch $\text{KH}_2\text{PO}_4$ chứa $0,6%$ muối mật, điều chỉnh về $\text{pH} = 7,43$.
    • Lấy 1g hạt vi bao ngâm trong 10 mL dịch thử nghiệm ở các mốc 30, 60, 90, 120 phút. Rửa hạt bằng dung dịch peptone 0,1%, hòa tan hạt trong 9 mL đệm sodium citrate 1% (pH = 6) trong 15 phút và tiến hành trải đĩa đếm khuẩn lạc để tính tỷ lệ sống sót.
  • Xử lý số liệu: Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần độc lập. Phân tích phương sai một nhân tố (One-way ANOVA) và kiểm định so sánh đa biến Tukey's HSD ở mức ý nghĩa $p < 0,05$ bằng phần mềm R-Commander (phiên bản 3.2).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan tài liệu

Chương này tổng thuật toàn diện các nghiên cứu về hệ vi sinh vật đường tiêu hóa, các tiêu chí đối với chế phẩm sinh học probiotic và chủng vi sinh vật mục tiêu Lactobacillus acidophilus. Tác giả phân tích các hệ thống kỹ thuật vi bao hiện nay trong công nghệ thực phẩm bao gồm: sấy phun (spray drying), sấy phun lạnh (spray chilling/cooling), ép đùn (extrusion với kỹ thuật cắt tia hoặc phá vỡ lực hút tĩnh điện), đĩa quay (spinning disk) và phun áp lực (impinging aerosol/pressure spraying). Trong đó, phương pháp phun áp lực được chứng minh có ưu điểm tạo hạt đồng đều, đường kính dưới $100 - 300\ \mu\text{m}$, năng suất cao, vận hành ở điều kiện nhiệt độ êm dịu, bảo toàn hoạt tính sinh học của tế bào. Chương 1 cũng trình bày đặc tính cấu trúc của các vật liệu màng bao tự nhiên gồm alginate, gelatin và protein đậu nành.

Chương 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn gốc chủng vi sinh vật, danh mục hóa chất, phụ gia thực phẩm, thiết bị phân tích và các sơ đồ bố trí thí nghiệm. Tác giả xây dựng chi tiết công thức phối trộn nguyên liệu cho 6 nghiệm thức thực nghiệm chính:

  • Nhóm màng Gelatin (ký hiệu G1, G2, G3): 75 mL huyền phù tế bào + 75 mL dung dịch gelatin (hàm lượng gelatin khan tương ứng 0,75g; 1,5g; 2,25g tương đương nồng độ 1%, 2%, 3% w/v) + 300 mL dung dịch alginate 2% w/v, tạo gel trong 1500 mL dung dịch $\text{CaCl}_2$ 1% w/v.
  • Nhóm màng Soy protein (ký hiệu S1, S2, S3): 75 mL huyền phù tế bào + 75 mL dung dịch soy protein (hàm lượng bột protein tương ứng 3,75g; 7,5g; 11,25g tương đương nồng độ 5%, 10%, 15% w/v) + 300 mL dung dịch alginate 2% w/v, tạo gel trong 1500 mL dung dịch $\text{CaCl}_2$ 1% w/v.
  • Các quy trình phân tích mật độ vi sinh vật, tính toán hiệu suất vi bao, đo kích thước laser, quan sát SEM và thử nghiệm thách thức trong dịch dạ dày (SGJ, pH 1,5) và dịch ruột (SIJ, pH 7,43) được chuẩn hóa theo các công bố quốc tế (Asma Sohail và cộng sự, 2010; Doherty và cộng sự, 2011).

Chương 3. Kết quả và biện luận

Chương 3 trình bày các phát hiện thực nghiệm qua các phân mục:

  • Hiệu suất vi bao: Mẫu đối chứng chỉ sử dụng alginate đạt hiệu suất $60,08 \pm 0,90%$. Khi bổ sung gelatin 1%, 2%, 3%, hiệu suất tăng mạnh lên $88,84%$, $88,70%$ và $89,37%$ ($p > 0,05$ giữa các mức gelatin). Khi bổ sung soy protein 5%, 10%, 15%, hiệu suất đạt lần lượt $87,14%$, $89,24%$ và $87,14%$, trong đó mức 10% cho hiệu suất cao nhất có ý nghĩa thống kê ($p < 0,05$).
  • Phân bố kích thước hạt: Đa số các hạt vi gel bổ sung gelatin 1% có kích thước từ $50 - 900\ \mu\text{m}$ (đường kính trung bình $236,4\ \mu\text{m}$). Mẫu bổ sung soy protein 10% có dải kích thước $50 - 800\ \mu\text{m}$ (đường kính trung bình $222,7\ \mu\text{m}$). Ở cả hai loại hạt, dải kích thước từ $175 - 300\ \mu\text{m}$ chiếm tỷ lệ thể tích lớn nhất (khoảng 60%).
  • Đặc điểm bề mặt hạt (SEM): Ảnh chụp FE-SEM hạt vi bao sau sấy thăng hoa cho thấy mẫu alginate đơn thuần có bề mặt co rút, nhăn nheo, nhiều rãnh lõm sâu và lỗ xốp hở. Mẫu có soy protein 10% đã lấp đầy các rãnh lõm và triệt tiêu lỗ hở. Mẫu có gelatin 1% thể hiện bề mặt mịn màng nhất, cấu trúc mạng gel liên tục, chặt chẽ, tạo lớp rào cản ngăn cản sự khuếch tán acid và muối mật.
  • Khả năng tồn tại trong môi trường giả lập dạ dày (SGJ, pH 1,5): Tế bào tự do (không vi bao) bị phá hủy nhanh chóng, sau 30 phút tỷ lệ sống chỉ còn $1,60%$ ($0,43 \times 10^{10}\text{ CFU/g}$) và sau 60 phút hoàn toàn không còn tế bào sống ($0%$). Ngược lại, hạt vi bao bổ sung gelatin 1% duy trì tỷ lệ sống $57,76%$ sau 30 phút, $17,49%$ sau 60 phút, $4,01%$ sau 90 phút và $0,75%$ ($0,20 \times 10^{10}\text{ CFU/g}$, tương đương $10^9\text{ CFU/mL}$) sau 120 phút. Mẫu soy protein 10% duy trì tỷ lệ sống $56,18%$ sau 30 phút, $15,78%$ sau 60 phút, $3,37%$ sau 90 phút và $0,52%$ ($0,14 \times 10^{10}\text{ CFU/g}$) sau 120 phút.
  • Khả năng tồn tại trong môi trường giả lập dịch ruột (SIJ, pH 7,43): Các mẫu vi bao bổ sung protein duy trì mật độ tế bào sống sót rất cao sau 120 phút ủ, đạt $23,56 \times 10^{10}\text{ CFU/mL}$ đối với công thức gelatin 1% và $22,44 \times 10^{10}\text{ CFU/mL}$ đối với công thức soy protein 10%, vượt xa ngưỡng tiêu chuẩn có lợi cho sức khỏe.

Kết quả và đóng góp

Bảng số liệu thực nghiệm tổng hợp

Công thức màng bao Tỷ lệ bổ sung Hiệu suất vi bao (%) Mật độ vi khuẩn trong 1g hạt ($\times 10^{10}\text{ CFU/g}$) Kích thước hạt trung bình ($\mu\text{m}$) Tỷ lệ sống sót sau 120 phút trong SGJ (pH 1,5) (%) Mật độ sống sót sau 120 phút trong SGJ ($\times 10^{10}\text{ CFU/g}$)
Alginate đơn thuần 0% $60,08 \pm 0,90^\text{a}$ $14,94 \pm 0,37^\text{c/d}$ - $0,00^\text{a}$ (chết sau 60 phút) $0,00$
Gelatin 1% (w/v) $88,84 \pm 0,70^\text{b}$ $22,17 \pm 0,33^\text{d}$ 236,4 $0,75 \pm 0,01^\text{a}$ $0,20 \pm 0,00$
Gelatin 2% (w/v) $88,70 \pm 0,54^\text{b}$ $21,65 \pm 0,20^\text{d}$ - $0,49 \pm 0,02^\text{b}$ $0,13 \pm 0,01$
Gelatin 3% (w/v) $89,37 \pm 0,30^\text{b}$ $22,23 \pm 0,68^\text{d}$ - $0,37 \pm 0,01^\text{c}$ $0,10 \pm 0,00$
Soy Protein 5% (w/v) $87,14 \pm 0,10^\text{b}$ $21,41 \pm 0,43^\text{e}$ - $0,41 \pm 0,02^\text{a}$ $0,11 \pm 0,00$
Soy Protein 10% (w/v) $89,24 \pm 0,17^\text{c}$ $21,92 \pm 0,29^\text{f}$ 222,7 $0,52 \pm 0,02^\text{b}$ $0,14 \pm 0,01$
Soy Protein 15% (w/v) $87,14 \pm 0,11^\text{b}$ $21,23 \pm 0,31^\text{e}$ - $0,36 \pm 0,00^\text{ab}$ $0,10 \pm 0,00$

(Ghi chú: Các ký tự chữ cái viết trên $a, b, c, d, e, f$ thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức $p < 0,05$).

Đóng góp học thuật và thực tiễn

  • Về mặt công nghệ: Đã chuẩn hóa quy trình công nghệ vi bao tế bào sống Lactobacillus acidophilus bằng phương pháp phun áp lực kết hợp hệ chất mang kép polymer - protein (Alginate - Gelatin và Alginate - Soy protein isolate). Phương pháp này vận hành ở điều kiện nhiệt độ phòng, không gây sốc nhiệt làm tổn thương tế bào vi sinh vật như kỹ thuật sấy phun nhiệt độ cao.
  • Về mặt cơ chế bảo vệ: Chứng minh bằng hình thái học SEM rằng việc bổ sung protein làm tăng độ dày đặc của mạng gel, triệt tiêu các kênh mao dẫn rỗng trên bề mặt hạt alginate, qua đó cản trở sự thâm nhập của ion hydronium ($\text{H}_3\text{O}^+$) trong dạ dày và các phân tử acid mật trong ruột non.
  • Về mặt ứng dụng thực tiễn: Xác định được hai công thức tối ưu là Alginate phối hợp Gelatin 1% w/v và Alginate phối hợp Soy protein 10% w/v. Các chế phẩm hạt vi gel tạo ra đều đảm bảo mật độ tế bào sống sót $> 10^9\text{ CFU/mL}$ sau 2 giờ chịu acid dạ dày và 2 giờ trong dịch ruột, đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn quốc tế để ứng dụng vào các dòng thực phẩm chức năng, sữa chua, đồ uống lên men và ngũ cốc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các nội dung thảo luận và phạm vi thực nghiệm trong đồ án:

  • Hạn chế: Khảo sát khoảng nồng độ gelatin còn tương đối hẹp ($1% - 3%$), do đó chưa quan sát thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về hiệu suất bao gói giữa các nghiệm thức gelatin. Thử nghiệm đánh giá khả năng sống sót mới dừng lại ở mô hình mô phỏng in vitro dạng tĩnh, chưa kiểm chứng trên mô hình tiêu hóa động hoặc thử nghiệm in vivo trên động vật/người. Ngoài ra, nghiên cứu chưa khảo sát độ bền hạt và sự thay đổi cảm quan khi phối trộn trực tiếp vào nền thực phẩm cụ thể.
  • Hướng mở rộng:
    1. Nghiên cứu tối ưu hóa thêm các thông số áp suất phun và lưu lượng dòng khí của thiết bị phun áp lực để kiểm soát đường kính hạt đồng nhất dưới $100\ \mu\text{m}$.
    2. Bổ sung các thử nghiệm bảo quản dài hạn hạt vi gel ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau ($4^\circ\text{C}$, $25^\circ\text{C}$) và các mức hoạt độ của nước ($a_w$) khác nhau.
    3. Thử nghiệm bổ sung hạt vi bao vào các sản phẩm thực phẩm cụ thể (sữa lên men, nước ép trái cây, bánh kẹo) để đánh giá độ ổn định và thuộc tính cảm quan của sản phẩm cuối cùng.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực nghiệm cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, Hóa sinh và Dược học đang thực hiện các đề tài liên quan đến kỹ thuật vi bao, công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học probiotic hoặc phát triển hệ dẫn thuốc (drug delivery systems).
  • Các kỹ sư công nghệ và nhà nghiên cứu tại các doanh nghiệp chế biến thực phẩm, thực phẩm bổ sung, sữa và dược phẩm: Phần mô tả chi tiết quy trình phun áp lực, công thức tạo màng composite Alginate - Protein và quy trình kiểm tra độ bền trong môi trường tiêu hóa giả lập (SGJ và SIJ) có thể ứng dụng trực tiếp để chuyển giao công nghệ hoặc cải tiến sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao việc bổ sung gelatin hoặc soy protein lại cải thiện đáng kể hiệu suất vi bao so với chỉ sử dụng sodium alginate đơn thuần? Khi chỉ sử dụng sodium alginate, cấu trúc mạng gel hình thành cùng ion $\text{Ca}^{2+}$ có độ rỗng xốp cao, bề mặt xuất hiện nhiều rãnh lõm và lỗ rỗng khiến tế bào vi khuẩn dễ bị thất thoát trong quá trình tạo hạt (hiệu suất chỉ đạt $60,08%$). Việc bổ sung gelatin (tạo màng bọc lớp thứ nhất) hoặc soy protein (hình thành mạng lưới không gian 3 chiều đan xen) giúp tạo cấu trúc màng phức hợp hai lớp dày đặc, lấp đầy các khoảng trống của khung alginate, từ đó giữ chặt tế bào vi sinh vật bên trong và nâng hiệu suất vi bao lên $87,14% - 89,37%$.

2. Công thức màng bao nào cho hiệu quả bảo vệ vi khuẩn tốt nhất trong môi trường acid giả lập dạ dày (pH = 1,5)? Công thức bổ sung Gelatin 1% (w/v) cho hiệu quả bảo vệ tốt nhất. Sau 120 phút ủ trong môi trường SGJ (pH = 1,5), mẫu này duy trì tỷ lệ sống sót $0,75%$ với mật độ đạt $0,20 \times 10^{10}\text{ CFU/g}$ (tương đương $10^9\text{ CFU/mL}$), cao hơn so với mẫu Gelatin 2% ($0,49%$), Gelatin 3% ($0,37%$), Soy protein 10% ($0,52%$) và vượt trội hoàn toàn so với vi khuẩn tự do (chết hoàn toàn sau 60 phút).

3. Tại sao khi tăng nồng độ soy protein lên 15% thì hiệu suất vi bao và khả năng bảo vệ vi khuẩn lại giảm so với mức 10%? Quá trình tạo gel của soy protein phụ thuộc vào sự cân bằng giữa hai tương tác: tương tác protein - protein và tương tác protein - nước. Ở nồng độ 10%, mạng lưới hình thành có trật tự tối ưu. Khi nồng độ soy protein tăng lên 15%, lượng protein hấp phụ nước quá lớn dẫn đến hiện tượng thiếu nước cục bộ, tương tác protein - protein chiếm ưu thế tuyệt đối làm các chuỗi polypeptide co cụm không trật tự, tạo thành các khối vón cục thay vì màng liên tục, làm suy giảm cấu trúc bao bọc vi khuẩn.

4. Kích thước trung bình của các hạt vi gel tạo ra là bao nhiêu và phân bố kích thước có bị thay đổi khi thay đổi chất bổ sung không? Hạt vi gel bổ sung Gelatin 1% có đường kính trung bình $236,4\ \mu\text{m}$ (dải kích thước $50 - 900\ \mu\text{m}$), trong khi hạt bổ sung Soy protein 10% có đường kính trung bình $222,7\ \mu\text{m}$ (dải kích thước $50 - 800\ \mu\text{m}$). Ở cả hai hệ mẫu, tỷ lệ hạt có đường kính trong khoảng $175 - 300\ \mu\text{m}$ đều chiếm đa số (khoảng 60% thể tích), các hạt $< 175\ \mu\text{m}$ chiếm khoảng 20% và hạt $> 300\ \mu\text{m}$ chiếm khoảng 20%. Sự thay đổi giữa gelatin 1% và soy protein 10% không làm thay đổi đáng kể quy luật phân bố kích thước hạt.

5. Mật độ tế bào sống sót trong hạt vi gel sau khi đi qua dịch ruột nhân tạo có đạt tiêu chuẩn probiotic hay không? Có. Mật độ tế bào Lactobacillus acidophilus sống sót sau 120 phút trong môi trường dịch ruột nhân tạo (chứa $0,6%$ muối mật, pH 7,43) đạt $23,56 \times 10^{10}\text{ CFU/mL}$ đối với mẫu Gelatin 1% và $22,44 \times 10^{10}\text{ CFU/mL}$ đối với mẫu Soy protein 10%. Mức mật độ này cao hơn nhiều lần so với ngưỡng tiêu chuẩn tối thiểu bắt buộc đối với thực phẩm chức năng probiotic ($10^6 - 10^7\text{ CFU/g}$ hoặc $\text{CFU/mL}$).

Kết luận

Khóa luận đã nghiên cứu và hoàn thiện quy trình vi bao chủng probiotic Lactobacillus acidophilus bằng kỹ thuật phun áp lực sử dụng hệ chất mang sodium alginate kết hợp gelatin hoặc protein đậu nành cô lập. Việc bổ sung gelatin (1% w/v) hoặc soy protein (10% w/v) đã nâng cao hiệu suất vi bao từ $60,08%$ lên gần $89%$, đồng thời cải thiện rõ rệt độ mịn bề mặt vi hạt dưới quan sát SEM. Chế phẩm vi gel thu được bảo vệ tế bào vi khuẩn sống sót hiệu quả trong môi trường acid dạ dày (pH 1,5) và dịch ruột chứa muối mật suốt 120 phút, duy trì mật độ tế bào sống vượt tiêu chuẩn probiotic thương mại. Đây là tiền đề khoa học thực nghiệm vững chắc cho việc ứng dụng kỹ thuật vi gel vào sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng chứa vi sinh vật có lợi.