Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu sản xuất xylooligosaccharide (XOS) từ cám gạo

Thực trạ ng cấ Khóa
p giấ yluận
chứng
n xuấ t xứ hà ng hóa trong hoạ t đ ộViện
ng xuấ
t nhậ
khẩ Hà
u ở Nội
Việ t
tốtnhậ
nghiệp
Đại
họcp Mở
Nam

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
~~~~~~*~~~~~~

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT XYLOOLIGOSACCHARIDE (XOS)
TỪ CÁM GẠO

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thị Mai Phương
Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Ngọc
Lớp

: CNSH 13-01

Khoa

: Công nghệ sinh học

Hà Nội, 2017

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Khóa luận tốt nghiệp

Viện Đại học Mở Hà Nội
LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
PGS.TS. Nguyễn Thị Mai Phương, Viện Công nghệ sinh học đã tận tình chỉ
bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các cán bộ, học viên, sinh
viên phòng Sinh hóa thực vật, Viện Công nghệ sinh học và Phòng Thí nghiệm
Trọng điểm Công nghệ Enzyme và Protein (KLEPT), Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên đã giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành khóa luận.
Bên cạnh đó, tôi cũng xin được gửi lời cám ơn tới toàn thể các anh, chị
thuộc Công ty cổ phần ANABIO R&D, Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều
kiện tối đa để tôi thực hiện phần tối ưu sản xuất XOS ở quy mô lớn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã
hy sinh, động viên, chia sẻ và tạo cho tôi điều kiện tốt nhất để có thể đến đích.

Hà Nội, ngày 15 tháng 5năm 2017
Sinh viên

Phạm Thị Ngọc



Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Khóa luận tốt nghiệp

Viện Đại học Mở Hà Nội
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 3
1.1. Chất xơ thực phẩm (Prebiotic) ............................................................................ 3
1.2. Chất xơ hòa tan oligosaccharide (OS) .................................................................. 4

1.2.1. Cấu tạo và phân loại oligosaccharide..................................................... 4
1.2.2. Tính chất sinh học của oligosaccharide .................................................. 5
1.2.3. Sản xuất các oligosaccharide ................................................................. 5
1.2.4. Khả năng ứng dụng của các oligosaccharide.......................................... 5
1.3. Xylooligosaccharide (XOS).................................................................................. 6

1.3.1. Cấu tạo ................................................................................................... 6
1.3.2. Tính chất sinh học của XOS ................................................................... 7
1.3.3. Sản xuất XOS từ cám gạo ....................................................................... 9
1.4. Đồng hóa XOS bởi các vi sinh vật probiotic ...................................................... 10
1.5. Ứng dụng của XOS ............................................................................................. 12

1.5.1.Ứng dụng của XOS trong công nghiệp thực phẩm ................................. 12
1.5.2. Ứng dụng của XOS trong thực phẩm bổ sung synbiotic ........................ 12
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............. 17
2.1. Nguyên liệu......................................................................................................... 17

2.1.1. Cám gạo ............................................................................................... 17
2.1.2. Hóa chất ............................................................................................... 17
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 17

2.2.1. Phương pháp tối ưu hóa quy trình sản xuất XOS .................................. 17
2.2.2. Phương pháp xác định độ ẩm ............................................................... 23
2.2.3. Phương pháp xác định protein theo Bradford [3] ................................. 23
2.2.4. Phương pháp xác định đường khử theo DNS (Acid dinitro - salicylic) .. 24
2.2.5. Định lượng xylosevà xylan .................................................................... 25
2.2.6. Xác định hoạt tính xylanase (Endo-1,4-β-xylanase - EC 3.2.1.8) .......... 26
2.2.7 Sắc ký lớp mỏng định tính đường XOS [2] ............................................ 26
2.2.8. Đánh giá độ sạch đường XOS bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)26
2.2.9. Phương pháp xử lý số liệu .................................................................... 26

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Khóa luận tốt nghiệp

Viện Đại học Mở Hà Nội

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 27
3.1. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thủy phân α-amylase (Termamyl) để loại bỏ
tinh bột từ cám gạo .................................................................................................... 27

3.3.1. Chọn miền khảo sát .............................................................................. 27
3.3.2. Thiết lập mô hình .................................................................................. 27
3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thủy phân protease (alcalase)để loại bỏ protein
từ cám gạo. ................................................................................................................. 31

3.2.1. Chọn miền khảo sát .............................................................................. 31
3.2.2. Thiết lập mô hình .................................................................................. 32
3.3. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thủy phân xylanase (Ultraflo Max)để thủy
phân cám gạo thu nhận XOS .................................................................................... 36

3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn nguồn xylanse công nghiệp cho sản xuất XOS ..... 36
3.3.2. Tối ưu hóa điều kiện thủy phân của xylanse .......................................... 38
3.4. Sản xuất XOS ở quy mô 50kg cám/ 1 mẻ ........................................................... 43
3.5 . Độ sạch của chế phẩm XOS ............................................................................... 47

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 51
PHỤ LỤC............................................................................................................. 55

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Khóa luận tốt nghiệp

Viện Đại học Mở Hà Nội
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

AXOS

Arabinoxylan

BSA

Bovine Serum Albumin

EtOH

Ethanol

FOS

Fructooligosaccharide

GOS

Galactooligosaccharide

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

kDa

Kilo Dalton

LB

Luria Bertani

LCMs

Lignocellulose

OD

Optical density

OS

Oligosaccharide

TPCN

Thực phẩm chức năng

TOS

Transgalacto–oligosaccharide

XOS

Xylooligosaccharide

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Khóa luận tốt nghiệp

Viện Đại học Mở Hà Nội
DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Các biến và khoảng chạy của chúng khi tối ưu α-amylase ............ 18
Bảng 2.2. Các biến và khoảng chạy của chúng khi tối ưu alcalase ................ 18
Bảng 2.3. Các biến và khoảng chạy của chúng khi tối ưu XOS .................... 19
Bảng 2.4. Ma trận thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện thủy phân α-amylase để
loại bỏ tinh bột từ cám gạo ........................................................................... 19
Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm ma trận Box-Behnken 4 yếu tố với α-amylase ..... 27
Bảng 3.2 : Sự phù hợp của mô hình thủy phân α-amylase ............................ 28
Bảng 3.3. Kết quả phân tích phương sai ANOVA của mô hình tối ưu .......... 29
thủy phân α-amylase .................................................................................... 29
Bảng 3.4. Kết quả thực nghiệm ma trận Box-Behnken 4 yếu tố của alcalase 32
Bảng 3.5 : Sự phù hợp của mô hình thủy phân protease ............................... 33
Bảng 3.6. Kết quả phân tích phương sai ANOVA của mô hình tối ưu .......... 34
khi thủy phân protease.................................................................................. 34
Bảng 3.7 : Sự phù hợp của mô hình thủy phân protease khi loại tương tác AB ...... 35
Bảng 3.8. Hoạt độ enzyme của một số chế phẩm xylanase công nghiệp ....... 37
Bảng 3.9. Kết quả thực nghiệm ma trận Box-Behnken 4 yếu tố với xylanse 38
Bảng 3.10 : Sự phù hợp của mô hình thủy phân xylanse .............................. 39
Bảng 3.11 : Mô hình phân tích phương sai ANOVA khi thủy phân xylanse . 40
Bảng 3.12 : Sự phù hợp của mô hình tối ưu thủy phân xylanse khi loại tương
tác CD .......................................................................................................... 43
Bảng 3.13. Tổng hợp các điều kiện thủy phân tối ưu của 3 enzyme.............. 43
Bảng 3.11. Chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm XOS ............................................ 49
Bảng 3.12. Chỉ tiêu kim loại nặng của sản phẩm XOS ................................. 49

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Khóa luận tốt nghiệp

Viện Đại học Mở Hà Nội
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2. Tác động của probiotic và prebiotic lên hệ thống miễn dịch [7] .......... 13
Hình 3.1 : Đồ thị ảnh hưởng của các điều kiện thủy phân enzyme α-amylase ........ 31
Hình 3.2 : Đồ thì thể hiện ảnh hưởng của các điều kiện tối ưu thủy phân
protease ........................................................................................................ 36
Hình 3.3 : Đồ thì thể hiện ảnh hưởng của các điều kiện tối ưu thủy phân xylanse . 42
Hình 3.4: Quy trình công nghệ sản xuất XOS ở quy mô 50kg cám gạo/mẻ .. 45
Hình 3.6. Sản phẩm XOS thành phẩm thu được(A. dạng bột, B.dạng túi 200g, ..... 46
Hình 3.7. Sắc kí đồ TLC sản phẩm XOS thu được ở quy mô sản xuất 50kg . 47
cám gạo/mẻ .................................................................................................. 47
Hình 3.8. Phân tích độ sạch XOS bằng HPLC .............................................. 48

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


MỞ ĐẦU
Nhu cầu về thực phẩm bổ sung (dietary supplement) ở Việt Nam hiện nay
ngày một tăng cao do chất lượng cuộc sống đã được cải thiện và do chúng đáp
ứng được mối lo về an toàn thực phẩm, lại đa dạng, tiện dụng, phù hợp với lối
sống hiện đại [25,30, 31,32]. Một trong những thực phẩm bổ sung quan trọng
là các chất xơ còn gọi là prebiotic. Các sản phẩm chất xơ hòa tan được sử
dụng nhiều ở Việt Nam là các oligosaccharide (OS), trong đó nổi bật là
galactooligosaccharide (GOS) và fructooligosaccharide (FOS) để làm những
chất phụ gia trong thực phẩm. Việc nghiên cứu sản xuất các chất xơ OS trong
nước cũng đã được tiến hành. Tuy nhiên, công nghệ sản xuất OS này còn
chưa có tính định hướng sản phẩm cao, công nghệ xử lý enzyme và tinh sạch
sản phẩm chưa được tối ưu hóa để có sản phẩm OS đặc hiệu có chất lượng.
Đến thời điểm này, các OS như FOS hay GOS vẫn đang phải nhập ngoại cho
thị trường trong nước. Ngoài FOS và GOS, một OS khác cũng đang rất được
quan tâm là xylooligosaccharide (XOS). XOS có những tác dụng sinh học và
đặc tính công nghệ ưu việt hơn hẳn và đặc biệt là khả năng có thể lên men
được bởi nhiều chủng vi khuẩn probiotic khác nhau như Bifidobacteria hay
Lactobacillus, chúng thực sự là những OS có tiềm năng lớn. Điều thú vị là
XOS có thể sản xuất từ những nguồn nguyên liệu rẻ tiền như bã thải, phụ
phẩm giàu xylan trong nông nghiệp như bã ngô, bã mía, cám gạo… Trên thế
giới, qui trình công nghệ sản xuất XOS từ bã ngô hay từ cám lúa mỳ đã được
nghiên cứu [5, 8,20]. Ở Việt Nam, mới có công nghệ sản xuất OS từ cám gạo
và XOS từ bã ngô nhưng chưa được tối ưu hóa triệt để ở quy mô lớn [1,2].
Với hàm lượng xylan cao, cám gạo là nguồn nguyên liệu sản xuất XOS tốt vì
đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền và rất an toàn, đồng thời sản phẩm phụ thải
trong sản xuất nhỏ, có thể tận dụng được. Việt Nam là nước sản xuất lúa gạo
đứng thứ hai trên thế giới nên nguồn nguyên liệu cám gạo cho mục đích tách
chiết XOS và dẫn xuất là vô cùng phong phú. Vấn đề đặt ra là phải tối ưu hóa

1

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


được công nghệ thủy phân enzyme và tách chiết để thu được sản phẩm XOS
có độ sạch cao, an toàn cho người sử dụng với giá thành hợp lý.
Đề tài luận văn “Nghiên cứu sản xuất xylooligosaccharide(XOS) từ
cám gạo” sẽ góp phần giải quyết các vấn đề còn tồn tại để sản xuất được sản
phẩm XOS từ cám gạo để làm thực phẩm chức năng.

2

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Chất xơ thực phẩm (Prebiotic)
Chất xơ thực phẩm đã được xác định bao gồm lignin và các thành phần
của thành tế bào thực vật, các chất không bị thuỷ phân bởi các enzyme của hệ
tiêu hoá [3,6]. Các polysaccharide thực vật được chia thành polysaccharide
không phải tinh bột và polysaccharide dạng tinh bột với các tính chất hoá lý
khác nhau. Tinh bột được xem như là chất được thủy phân trong ruột non của
người, vì vậy chất xơ thực phẩm chỉ bao gồm lignin và các polysaccharide
không phải là tinh bột (NSP). Các polysaccharide không phải tinh bột có thể
chia thành cellulose và các polysaccharide không phải cellulose (NCP) như:
hemicellulose, pectin, các chất keo, các chất nhày.
Chất xơ thực phẩm có nhiều trong trái cây, ngũ cốc, các loại rau, củ,
quả, đậu. Mỗi loại rau quả đều chứa các loại và lượng chất xơ khác nhau, nếu
loại nào càng nhiều bã và càng già thì chứa càng nhiều chất xơ. Chất xơ hiện
diện trong vỏ và thành tế bào thực vật. Trong tế bào thực vật, chất xơ được
chia thành hai loại là chất xơ không hòa tan (rất cứng, có dạng sợi) và chất xơ
hòa tan (nhầy, có dạng keo).
• Chất xơ không hòa tan: Bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin.
Chúng là thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật. Chất xơ
không hòa tan có đặc tính thẩm thấu nước trong ruột, trương lên tạo
điều kiện cho chất bã thải dễ thoát ra ngoài.
• Chất xơ hòa tan: Bao gồm pectin, các chất keo và chất nhầy. Chất xơ
hòa tan khi đi qua ruột sẽ tạo ra thể đông làm chậm quá trình hấp thu
một số chất dinh dưỡng vào máu và cũng làm tăng độ xốp, mềm của bã
thải tiêu hóa.

3

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Theo báo cáo của Trung tâm vi chất dinh dưỡng của Viện Linus
Pauling, 5 loại thực vật giàu chất xơ nhất đó là: các loại rau đậu, cám lúa mì,
quả mận khô, quả lê của Châu Á và quả quynoa. Đáng chú ý nhất trong số các
thực phẩm có nguồn gốc thực vật, quả palmberry (Euterpe oleracea Mart) của
tộc người vùng Amazon, đã được phân tích bởi hai nhóm nghiên cứu và kết
quả là chúng có hàm lượng chất xơ thực phẩm từ 25 - 44% khối lượng ở dạng
bột sấy khô. Theo khuyến cáo của hội dinh dưỡng Mỹ một số thực phẩm giàu
chất xơ nên được sử dụng có thể kể đến như rau họ đậu (đậu đỗ, đậu tương,
các loại đậu khác), các loại yến mạch, kiều mạch, đại mạch, các loại trái cây
(đặc biệt là táo, chuối) và quả dâu (cho chất xơ hòa tan) hay các thực phẩm
nguyên hạt, cám của các loại ngũ cốc, các loại quả hạch và các loại hạt, các
loại vỏ trái cây bao gồm cả cà chua… (cho chất xơ không hòa tan).
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho sự sinh
trưởng của nhiều loại rau quả cũng như các loại ngũ cốc. Tuy nhiên, để hạ giá
thành sản phẩm, việc tận thu được nguồn chất xơ từ phụ phẩm của các quá
trình chế biến thực phẩm là rất có ý nghĩa, vừa tiết kiệm công thu gom nguyên
liệu vừa tạo ra một sản phẩm có giá trị từ phụ phẩm của các nhà máy.
1.2.Chất xơ hòa tan oligosaccharide (OS)
1.2.1. Cấu tạo và phân loại oligosaccharide
Oligosaccharide (OS) có từ 2 đến 10 gốc monosaccharide, chúng liên
kết với nhau bởi các liên kết glycoside. Phụ thuộc vào số phân tử
monosaccharide trong phân tử mà người ta chia OS thành disaccharide,
trisaccharide, tetrasaccharide....
Tùy theo thành phần của các gốc monosaccharide, OS được chia thành
homooligosaccharide (chứa các monomer cùng loại) và heteroligosaccharide
(chứa các monomer khác loại).

4

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Theo cấu tạo của phân tử OS có thể chia ra thành nhóm mạch thẳng và
nhóm mạch phân nhánh.
1.2.2.Tính chất sinh học của oligosaccharide
Nhìn chung các OS có các tinh chất sinh học chính là :
- Giảm độ ngọt của cacbonhydrate
- Không bị phân hủy bởi các enzyme trong dạ dày và ruột non
- Được sử dụng bởi nhóm vi khuẩn probiotic
- Làm thay đổi độ nhớt và điểm đông đặc của thực phẩm
- Tác động đến khả năng nhũ hóa, khả năng tạo gel và khả năng gắn kết của gel
- Có khả năng ổn định hệ vi khuẩn
- Có thể thay thế chất màu thực phẩm
- Đóng vai trò như chất giữ nước và kiểm soát độ ẩm
- Có giá trị calo thấp
- Đóng vai trò như tác nhân chống lại bệnh sâu răng
1.2.3. Sản xuất các oligosaccharide
Các OS loại thực phẩm được sản xuất hoặc bằng con đường thủy phân
axit hoặc sử dụng enzyme để thủy phân các polysaccharide thực vật[5,27,28].
Ví dụ như fructooligosaccharide (FOS) được tạo ra nhờ chuyển hoá đường
saccharose bằng enzyme β-fructosidase; galactooligosaccharide (GOS) thu
nhận được nhờ chuyển hoá sữa bằng enzyme dextransucrose từ vi khuẩn hay
maltodextrin tạo thành nhờ xử lý tinh bột với kiềm nóng.
1.2.4. Khả năng ứng dụng của các oligosaccharide
Hiện nay, thị trường prebiotic đang sử dụng các sản phẩm OS như là
GOS, FOS hay inulin. Các OS khác cũng được dùng bổ sung vào khẩu phần ăn
hàng ngày nhưng ít phổ biến hơn GOS và FOS là transgalacto-oligosaccharide

5

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


(TOS). TOS được tạo thành từ sự lên men lactose. FOS, một OS được nghiên
cứu khá chi tiết về tác dụng sinh học, đang đựợc sử dụng như dạng prebiotic
trong nhiều sản phẩm khác nhau từ dược học đến thực phẩm, ví dụ như sản
xuất bánh quy, xúc xích... Tuy nhiên, các nghiên cứu thực nghiệm với FOS lại
phát hiện thấy FOS không phải được tất cả các vi khuẩn đường ruột sử dụng.
FOS chỉ được vi khuẩn Bifidobacteria sử dụng tốt. Một điểm hạn chế nữa của
FOS là do nó có vị ngọt bằng khoảng 50% đường saccharose nên vẫn còn chứa
nhiều năng lượng và vẫn có khả năng gây sâu răng. Một OS khác đang được
quan tâm chú ý gần đây và có triển vọng thay thế FOS là xyloolygosaccharide
(XOS) và dẫn xuất của nó là arabinoxylan (AXOS) [5].
1.3. Xylooligosaccharide (XOS)
1.3.1. Cấu tạo
Xylooligosaccharide (XOS) là các olygomer của đường xylose (Hình
1.1). Hiện nay thị trường thương mại cho sản phẩm này đang tăng lên do tính
chất prebiotic đặc biệt của nó. XOS là nguồn cơ chất thích hợp cho các vi
khuẩn Bifidobacterium và Lactobacillus, là những chủng vi khuẩn phổ biến
trong đường ruột của người..XOS có tính chất hóa lý khá đặc biệt so với các
OS khác như là độ ngọt thấp, bền vững trong điều kiện pH và nhiệt độ rộng,
sở hữu các đặc tính cảm quan thích hợp để kết hợp vào thực phẩm[5,16]. Vì
thế, XOS có nhiều ưu việt hơn các OS khác ở cả khía cạnh lợi ích sức khoẻ và
các đặc tính liên quan đến công nghệ. Nhu cầu về TPCN tăng lên đang mở ra
một thị trường đầy triển vọng cho XOS. Số liệu nghiên cứu thu được đã
khẳng định XOS có vai trò sinh học thông qua việc: i) ức chế hoạt động của
các vi khuẩn gây bệnh đường ruột do sinh ra các axit béo mạch ngắn như axit
butyric; ii) làm tăng khả năng hấp thu khoáng của cơ thể[5,19].

6

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Hình 1.1.Cấu trúc hóa học của XOS
1.3.2. Tính chất sinh học của XOS
Cũng như các OS khác, XOS có những đặc tính sinh học quan trọng sau:
- Điều hòa miễn dịch
Ảnh hưởng của XOS lên hệ miễn dịch đã được phát hiện với các
arabino-(glucurono) xylan tách ra từ một số thực vật như Echinacea
purpurea, Eupatorium perfoliatum và Sabal serrulata. XOS ở dạng acetyl hóa
như O-acetyl hóa và de-acetyl hóa có tác dụng kích thích hoạt tính phân bào
T-mitogen của các tế bào tuyến ức chuột[5].
- Chống ung thư
Ando và các cộng sự[8]đã phát hiện thấy phân đoạn gồm xylose, XOS
và lignin tan trong nước làm giảm đáng kể khả năng sống của bạch cầu
nguyên bào lympho tạo lympho bào cấp tính (ALL)-Jurkat và MOLT-4. Đây
cũng là phát hiện đầu tiên chứng minh tác động gây độc trên tế bào ung thư
của XOS thu được từ các sản phẩm tự nhiên.Điều thú vị là XOS không ảnh
hưởng đến khả năng sống của các tế bào bạch cầu tủy (ML-2) hoặc u lympho
(SupT-1), cũng như các tế bào lympho bình thường. Theo các số liệu thu
được thì hiệu ứng gây độc tế bào của phân đoạn XOS có thể là do quá trình
gây chết tế bào theo chương trình (apoptosis). Đây là đặc điểm đặc trưng cho
các tế bào này.
Nghiên cứu của Hsu và các cộng sự năm 2004 [17]về XOS và FOS trên
chuột Sprague-Dawley đực được xử lý DMH (1,2-dimethylhydrazine) cho
thấy cả XOS và FOS đều làm giảm rõ rệt pH manh tràng và nồng độ chất béo

7

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


trung tính trong huyết thanh, đồng thời làm tăng trọng lượng manh tràng và
mật độ Bifidobacteria. XOS có ảnh hưởng rộng hơn lên các quần thể vi khuẩn
so với FOS,XOS và FOS đã làm giảm đáng kể số lượng tiểu nang bất thường
trong ruột kết và XOS có hiệu quả tác dụng cao hơn FOS.
- Kháng vi khuẩn
XOS có tính axit được sản xuất từ xylan gỗ bạch dương đã được thử
nghiệm tính kháng các vi khuẩn hiếu khí Gram dương và Gram âm, cũng như
kháng vi khuẩn Helicobacter pylori[5]. Các chất này có hoạt tính kháng
Bacillus cereus ở mức độ trung bình, trong khi axit aldopentauronic, một OS
có tính axit khác, lại có hoạt tính kháng Staphylococcus aureus. Tuy nhiên,
các nghiên cứu đều không phát hiện thấy ảnh hưởng của XOS lên các vi
khuẩn Pseudomonas aeruginosa và Proteus mirabilis.
- Các tác dụng sinh học khác
Graham và cộng sự[16] khi cho gà con ăn thức ăn chứa XOS đã phát
hiện thấy XOS không chỉ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của gà con, làm tăng
chiều dài ruột mà còn làm giảm nồng độ axit lactic trong hồi tràng và tăng
nồng độ axit butyric trong manh tràng, tăng nồng độ tổng số axit béo không
no mạch ngắn. Nghiên cứu của Hsu và cộng sự [17] trên cá chép Cyprinidae
carassius gibeliođã nhận thấy rằng sau 45 ngày theo dõi, trọng lượng cơ thể
cá đã tăng đáng kể so với đối chứng. Nghiên cứu này chứng tỏ XOS có thể sử
dụng như là một chất phụ gia thức ăn cho cá.
Tác dụng sinh học khác của XOS có thể kể đến là hoạt tính chống oxi
hóa (có được do sinh ra các chất thay thế phenolic), các tác dụng liên quan
đến máu và da, chống dị ứng, chống nhiễm trùng và chống viêm, hoạt động
điều hòa miễn dịch, chống hội chứng tăng lipid (hyperlipidemic), tăng tính
thấm ruột, thay đổi thành phần vi khuẩn ruột của bệnh nhân bị tiểu đường
[5,18,19]. Những đặc tính này chủ yếu được cho là do các OS có tính axit

8

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


chứa nhóm thế uronic. Bên cạnh những tác động sinh học liên quan đến sức
khỏe con người, XOS cũng được ứng dụng trong dược phẩm và thực phẩm.
1.3.3. Sản xuất XOS từ cám gạo
Cám của hạt gạo chứa nhiều dưỡng chất quan trọng như: vitamin,
khoáng, chất xơ. Cám gạo còn có khả năng làm giảm nguy cơ ung thư ruột,
giảm cholesterol và tốt cho hệ tim mạch của phụ nữ sau mãn kinh. Đồng thời,
với nguồn chất xơ dồi dào, cám gạo giúp chống lại bệnh xơ vữa động mạnh,
ung thư vú, giảm nguy cơ mắc bệnh tim, ung thư và bệnh tiểu đường. Tuy
nhiên, cám gạo không phải là thực phẩm cho người vì không cho vị giác ngon
nên không thể ăn hàng ngày với một lượng lớn cho mục đích tăng cường hệ
miễn dịch. Vì vậy, việc chế biến cám gạo thô, một nguyên liệu rẻ tiền thành
dạng chất xơ ở dạng hòa tan là một hướng nghiên cứu đầy lý thú và hấp dẫn,
được nhiều nhà khoa học và các công ty chuyên về thực phẩm chức năng
quan tâm. Cám gạo là phụ phẩm của quá trình xay xát gạo. Lượng cám gạo
được tách ra thường chiếm khoảng 10% trọng lượng hạt thóc. Thành phần hóa
học chính của cám gạo bao gồm chất béo 10,6 – 22,4%; protein 10,6 – 14,8%;
carbohydrate 38,7 – 44,3%; chất xơ tổng số 24-25%; cellulose 9,6 – 14,1%,
saccharose 3 – 5%; đường khử 1,2 – 1,5%; chất khoáng 0,3 – 0,5%. Đây thực
sự là một nguồn sản xuất chất xơ thực phẩm giá rẻ và có giá trị cho sức khỏe
mà không tìm thấy ở các nguồn sản phẩm thương mại hiện nay. Điều này cho
thấy tính cần thiết của việc nghiên cứu sản xuất các OS, trong đó chủ yếu là
XOS từ cám gạo. Để thu nhận các XOS từ cám gạo, Li và cộng sự [21] đã sử
dụng phương pháp thủy phân bằng enzyme cellulase và α-amylase. Quy trình
công nghệ sản xuất chất xơ hòa tan oligosaccharide từ cám gạo được tóm tắt
như sau: cám gạo sau khi tách lipid được xử lý bằng enzyme cellulase ở nồng
độ 2% tại 50oC trong 3 giờ. Tổng số hydratcacbon, đường khử, protein thô
của dịch chiết sấy khô đạt tới 87,2%, trong đó XOS không nhỏ hơn 50%.
Theo Aachary và cộng sự [5], cám gạo được đun sôi trong dung dịch kiềm

9

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


loãng, sau đó được rửa và được thủy phân với ß1-4 xylanase. Ở đây, kiềm
được dùng để hòa tan xylan. Sản phẩm chính của quá trình này là xylose,
xylobiose và xylotriose trong đó xylobiose chiếm ưu thế. Nghiên cứu của
Patindol và cộng sự [24] về sản xuất OS từ cám gạo cho thấy, sau khi cám
gạo được chiết với cồn 40 - 80% kết hợp với siêu âm đã làm tăng đáng kể
hiệu suất chiết rút XOS. Khi hỗn hợp cám được xử lý với cellulase kết hợp
với khuấy tốc độ cao sẽ làm tăng hiệu suất tạo XOS từ 13,4% lên tới 39,9%
so với không xử lý cellulase. Sau khi xử lý với endoxylanase, sản phẩm chính
được phát hiện bằng phương pháp sắc ký trao đổi anion cao năng (highperformance anion-exchange chromatography) là các XOS và dẫn xuất.
Trong một nghiên cứu khác với OS từ sản phẩm phụ nông nghiệp, Hồ
Kim Vĩnh Nghi và cộng sự[1] ở Viện Công nghiệp Thực phẩm đã tiến hành
tách chiết các OS từ cám gạo bằng phương pháp hóa học kết hợp với thủy phân
enzyme. Cám gạo sau khi được loại lipid bằng hexane và chiết với kiềm loãng
để làm giàu xylan đã được sử dụng để thủy phân với xylanase. Sản phẩm OS
thu được ở dạng hỗn hợp có hàm lượng chất xơ hòa tan (gồm cả chất xơ không
phải XOS) chiếm khoảng gần 10% chất khô tổng số. Việc sử dụng hexane và
kiềm để làm giàu nguyên liệu cám gạo ban đầu làm công nghệ sản xuất XOS
phức tạp, tốn kém, ít thân thiện với môi trường. Hơn nữa, chất lượng sản phẩm
thu được không đảm bảo tốt về mặt an toàn thực phẩm. Như vậy, mặc dù cám
gạo là nguồn nguyên liệu rất giàu xylan, các tác giả vẫn chưa định hướng được
công nghệ để thu được sản phẩm OS dạng tinh sạch có chất lượng cao. Vì thế,
khả năng triển khai ứng dụng của nghiên cứu bị hạn chế.
1.4. Đồng hóa XOS bởi các vi sinh vật probiotic
Aachary và Prapulla [1] chỉ ra rằng hỗn hợp của xylose, xylobiose, xylotriose
và những saccharide khác có thể là nguồn carbon cho quá trình lên men trong
ống nghiệm của các vi khuẩn Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium
longum và Bifidobacterium infantis. Trong nghiên cứu này, B. adlescentis thể

10

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


hiện khả năng sử dụng hiệu quả cả xylobiose và xylotriose.

Khả năng lên

men với XOS thay đổi phụ thuộc vào từng chủng vi khuẩn. Nghiên cứu của
Kontula



cộng

sự

[22]

cho

thấy

Lactobacillus

rhamnosus,Lactobacillus plantarumvà Lactobacillus lactis có khả năng sử
dụng XOS và oligosaccharide từ cám yến mạch không giống nhauCả 3 vi
khuẩn đều sử dụng β-glucooligosaccharide, trong khi chỉ có L. plantarum sử
dụng được XOS. Các nghiên cứu cũng phát hiện thấy Bifidobacteria ưa lên
men XOS mạch ngắn, trong khi đó Bacteroides spp, Clostridium spp,
Lactobacillus acidophilus và Klebsiella pneumoniae lại chỉ tăng trưởng trung
bình trên cơ chất này.
Bifidobacteria khi tiêu thụ XOS và FOS sẽ tạo ra lactate và các axit
béo mạch ngắn (SCFAs) như acetate, butyrate và propionate [5]. Việc tạo ra
các SCFAs làm giảm pH đường ruột và đây là một cơ chế được cho là có lợi
cho Bifidobacteria so với các vi khuẩn khác trong đường ruột. So sánh giữa
hai nhóm chuột sử dụng XOS và FOS thì thấy rằng nhóm XOS có thành ruột
dày hơn, lượng phân lớn hơn và quần thể Bifidobacteria nhiều hơn. Phát hiện
này cũng gợi ý rằng bổ sung OS, đặc biệt là XOS, có thể làm thay đổi quần
thể vi khuẩn và đặc tính trao đổi chất của các vi khuẩn đường ruột, qua đó làm
thay đổi các chức năng ruột và góp phần kháng các bệnh đường ruột [11,23].
Trong nghiên cứu của Hsu và cộng sự [17], các vi khuẩn có hoạt tính
enzyme xylanase có mức độ đồng hóa XOS không giống nhau. Mức độ này
có thể thay đổi từ 46% - 78%.
Khả năng của Bifidobacteria chuyển hóa XOS phụ thuộc vào hoạt tính
của hệ thống enzyme thủy phân xylan (xylanolytic) của chúng. Ví dụ, khả
năng sử dụng xylobiose và các xylooligomer với mức độ polymer hóa cao
phụ thuộc vào sự có mặt của xylosidase và arabinosidase. Một số xylosidase
và một vài arabinosidase cũng đã được tinh sạch và nghiên cứu đặc trưng từ
Bifidobacteria như β-D-xylosidase từ Bifidobacterium breve K110 hay

11

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


arabinosidase từ B. adolescentis DSM20083 và Bifidobacterium breve [29].
Các gen arabinosidase từ B. longum B667 và B. adolescentis cũng đã được
nhân dòng và giải trình tự .
Ngoài ra, Aachary và Prapulla [5] cũng chỉ ra rằng XOS 82,8% với
mức độ polymer hóa (DP) đạt khoảng 2 - 6 được xem như là lý tưởng cho sự
phát triển của B. adolescentis CECT 5781, B. longum CECT 4503, B. infantis
CECT 4551 và B. breve CECT 4839. Lượng XOS tổng tiêu hao là 77% sau
24 giờ và đạt hiệu quả cao nhất với xylotriose (90%), tiếp theo là xylobiose
(84%), xylotetraose (83%) và xylopentaose (71%).
1.5. Ứng dụng của XOS
1.5.1.Ứng dụng của XOS trong công nghiệp thực phẩm
Căn cứ vào nhu cầu và tiềm năng của thị trường hiện nay thì XOS rất
phù hợp cho chế biến thực phẩm. Ví dụ, nó có thể kết hợp với sữa đậu nành,
nước giải khát, trà, nước uống ca cao, chế phẩm dinh dưỡng, các sản phẩm từ
sữa, sữa bột và sữa chua. Tác dụng kết hợp có được thông qua bổ sung XOS
vào sữa chua để tạo nên sữa chua có lợi hơn cho sức khỏe. Như vậy, khả năng kết
hợp giữa probiotic (vi khuẩn trong sữa chua) và prebiotic (XOS) là cơ sở để phát
triển sữa chua synbioticmới có hiệu quả sử dụng và dinh dưỡng cao hơn.
1.5.2.Ứng dụng của XOS trong thực phẩm bổ sung synbiotic
Theo Gibson và Roberfroid, synbioticlà "một hỗn hợp của probiotic và
prebiotic, ảnh hưởng có lợi đến sức khỏe vật chủ bằng cách tăng khả năng
sống sót và và bám dính của vi khuẩn được bổ sung vào chế độ ăn uống trong
đường tiêu hóa, thông qua kích thích tăng trưởng hoặc kích hoạt quá trình
trao đổi chất của một hoặc một số vi khuẩn có lợi, từ đó cải thiện sức khỏe
vật chủ"[15].
Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của prebiotic, probiotic và tác động của
chúng lên các vi khuẩn khác trong hPHÂN PROTEASE
Phương trình hàm hồi quy biểu hiện hàm lượng protein được thiết lập như
sau:
Phương trình hàm hồi quy biểu hiện hàm lượng protein:
Y = 93.74 – 8,06.X1 – 8,11.X12 +3,73.X2 – 12,69.X22 + 1,16X₃ - 10,15.X₃² –
5,24X₄ - 14,65X42 – 1,24.X1.X₃ - 8,15.X1.X4 – 1,58.X2.X3 – 1,92.X₂.X4 +
8,60X₃.X₄
Dấu (+), (-) thể hiện đường cong 3D :
- Với phương trình bậc 2, nếu tất cả các hệ số của phương trình đều
mang dấu (-) thì phương trình chắc chắn có điểm cực đại và ngược lại
nếu tất cả hệ số của phương trình bậc 2 mang dấu (+) thì chắc chắn
phương trình có điểm cực tiểu.
- Nếu phương trình có chứa cả dấu (+) và (-) thì đồ thị chắc chắn có điểm
uốn.
Phương trình trên thể hiện hàm mục tiêu chắc chắn có điểm cực đại

Hình PL.2.1. Bề mặt đáp ứng của hàm lượng protein khi các yếu tố thay đổi

58

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu thủy phân protease được trình bày ở hình PL.2.2.

Hình PL.2.2. Hàm kì vọng và điều kiện tối ưu thủy phân protease
- Đây là điều kiện thủy phân tối ưu nhất cho enzym protease mà mô hình
toán đã chỉ ra.
- Như vậy, chúng ta sẽ kiểm tra lại bằng thực nghiệm theo các điều kiện
thủy phân của enzyme protease như sau :
• Nhiệt độ 45°C
• Thời gian 65 phút
• Enzyme 0.4%
• pH = 6.5

59

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


PHỤ LỤC 3
PHÂN TÍCH MÔ HÌNH KHI TỐI ƯU THỦY PHÂN XYLANASE
Phương trình hàm hồi quy biểu hiện hàm lượng XOS được thiết lập như sau:
Y = 82,33 – 5,01.X1 – 46,76.X12 – 4,25.X2 – 17,19.X22 – 7,51.X32 – 10X₃ 1,32.X4 – 20,37X42 – 8,53.X1X₂ + 5,62X₁X₃ - 4.52.X1X4 + 19,48.X2X3 +
5,76.X₂X4
Dấu (+), (-) thể hiện đường cong 3D :
- Với phương trình bậc 2, nếu tất cả các hệ số của phương trình đều
mang dấu (-) thì phương trình chắc chắn có điểm cực đại và ngược lại
nếu tất cả hệ số của phương trình bậc 2 mang dấu (+) thì chắc chắn
phương trình có điểm cực tiểu.
- Nếu phương trình có chứa cả dấu (+) và (-) thì đồ thị chắc chắn có điểm
uốn.
Bề mặt đáp ứng của hàm lượng XOSđược thể hiện ở hình PL.3.1

Hình PL.3.1. Bề mặt đáp ứng của hàm lượng XOSkhi các yếu tố thay đổi

60

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu thủy phân xylanase được trình bày ở hình
PL.3.2

Hình PL.3.2. Hàm kì vọng và điều kiện tối ưu thủy phân xylanase
Hình 3.3 thể hiện các điều kiện thủy phân tối ưu cho enzyme xylanse. Hàm
mong muốn đạt giá trị bằng 1 chứng tỏ các điều kiện tối hoàn toàn phù hợp và
đạt hiệu quả cao.
Khi kiểm tra lại điều kiện thực nghiệm , thực hiện theo điều kiện tối ưu được
chỉ ra :
• Nhiệt độ: 50°C
• Thời gian : 19 giờ
• Enzyme: 0.3%
• pH

: 5.5

61

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


PHỤ LỤC 4

Sắc kí đồ sản
sả phẩm XOS ở một số điều kiện tối ưu
ư
thủy phân với enzymexylanse

Xylobiose
Xylotriose
xylotetraose

62

Phạm Thị Ngọ
Ngọc - 1301- K20


Một số hình ảnh hoạt động sản xuất XOS
tạại Công ty ANABIO R & D

Nồi ủ 2 vỏ nhỏ

Nồi ủ 2 vỏ lớn

Hệ thống lọc tiếp tuyến

Máy sấy phun

Máy đóng gói

Sản phẩm sau đóng gói

63

Phạm Thị Ngọ
Ngọc - 1301- K20


64

Phạm Thị Ngọc - 1301- K20


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×