Nghiên cứu tạo hạt Gel Alginate có hoạt tính Probiotic :Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TẠO HẠT GEL ALGINATE CÓ HOẠT TÍNH

PROBIOTIC

Mã số đề tài: 21.2 SHTPSV07

Chủ nhiệm đề tài: Trần Thị Thu Oanh

Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm

1

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ tận tình của Thầy, Cô, gia đình và

bằng sự nỗ lực của bản thân, chúng tôi đã hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học cấp

trường. Để đạt được kết quả này, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến:

Cô PGS.TS Nguyễn Thị Minh Nguyệt đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức,

kinh nghiệm vô cùng quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành nghiên

cứu này. Mặc dù, cô rất bận rộn với công việc giảng dạy nhưng cô vẫn luôn theo dõi,

hướng dẫn và chỉ bảo giúp tôi hoàn thành tốt các thí nghiệm trong đề tài.

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy/ cô của Viện công nghệ sinh học và thực phẩm, Trường

Đại học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh đã cho chúng tôi những kiến thức quý

báu trong thời gian học tập tại trường. Những kiến thức được tích lũy từ sự giảng dạy

tận tình của quý Thầy Cô đã giúp tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này.

Vì thời gian thực hiện có hạn, kiến thức còn hạn chế nên vẫn còn nhiều thiếu sót trong

quá trình thực hiện. Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để

hoàn thiện hơn nữa nghiên cứu này.

Xin chân thành cảm ơn!

2

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu tạo hạt gel alginate có hoạt tính probiotic

1.2 Mã số: 21.2 SHTPSV07

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 Trần Thị Thu Oanh Viện Công nghệ Sinh học

Thực phẩm

Chủ nhiệm đề tài

2 Phan Thị Thanh Nhi Viện Công nghệ Sinh học

Thực phẩm

Thành viên tham gia

3 Nguyễn Thị Thu Viện Công nghệ Sinh học

Thực phẩm

Thành viên tham gia

4 Lê Ngọc Vân Viện Công nghệ Sinh học

Thực phẩm

Thành viên tham gia

1.4 Đơn vị chủ trì: Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm

1.5 Thời gian thực hiện

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 3 năm 2022 đến tháng 3 năm 2023

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng….. năm…..

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 3 năm 2022 đến tháng 8 năm 2022

1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện;

Nguyên nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 10 triệu đồng

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

3

Trong vài thập kỷ qua, việc sử dụng polyme tự nhiên để phát triển công nghệ bao gói

các thành phần có hoạt tính sinh học thành các hạt hình cầu đang là một chủ đề được

quan tâm rộng rãi. Kỹ thuật bao gói này được gọi là Spherification, do Vega và Castells

đi tiên phong vào năm 2003. Trong ẩm thực hiện đại, kỹ thuật Spherification biến đổi

bất kỳ chất lỏng nào thành hạt gel hình cầu. Trong quá trình cầu hóa, chất tạo gel như

natri alginate được thêm vào canxi, trong khi ngược lại, chất tạo gel được thêm vào bể

và canxi được trộn với nền. Bể canxi có thể được làm bằng canxi clorua hoặc canxi

lactate, cung cấp các ion còn thiếu cho natri alginate để bắt đầu quá trình tạo màng bao.

Kỹ thuật này được ứng dụng trong hình thành trứng cá muối giả, trứng, gnocchi và ravioli

bằng cách sử dụng alginate và nguồn canxi. Không giống như hầu hết các loại gel ăn

được, có dạng rắn trong suốt, các quả cầu alginate thường có một lớp màng gel bên ngoài

bao bọc lấy lõi chất lỏng bên trong.

Mặt khác, thói quen uống trà sữa đã và đang phổ biến ở các thành phố đô thị với thị phần

từ trẻ em đến thanh niên. Trà sữa hay còn gọi là trà sữa trân châu có nguồn gốc ở Đài

Loan từ những năm 1980 và trở thành xu hướng từ những năm 1990 cho đến bây giờ.

Kể từ năm 2000, phong trào tiêu thụ thức uống ngọt ngào này ngày càng nổi tiếng và lan

tỏa đến châu Mỹ lẫn châu Âu [1]. Trà sữa nói chung được làm từ bột nước giải khát với

nhiều loại hương vị, siro, đường,…. Tuy nhiên, thành phần chính tạo nên sức hấp dẫn

trong loại đồ uống này là những hạt gel alginate. Những hạt gel alginate này được làm

bằng bột sắn, được đun sôi để tạo ra một viên tròn dai, sau đó được thêm vào đồ uống

nóng và lạnh như trà, cà phê, sinh tố và đồ uống pha trộn. Hiện nay đã có một số nghiên

cứu về hàm lượng calo và nguy cơ mắc béo phì và tiểu đường của trà sữa [2-5]. Bên

cạnh đó, axit maleic là một thành phần bị cấm trong thực phẩm do tác dụng độc hại của

nó [6], được kết hợp vào tinh bột sắn để tăng độ đàn hồi nhưng có rất ít báo cáo liên quan

đến việc cải tiến công nghệ trà sữa, bao gồm cả báo cáo liên quan đến trân châu.

Do đó, trong nghiên cứu này, các vi khuẩn có hoạt tính probiotic được bọc trong màng

canxi alginate để thu được hạt gel alginate được sử dụng trong trà sữa, kem…, tạo thành

4

một món ăn kèm (topping) mới cho các món tráng miệng. Kỹ thuật này đã được báo cáo

trong việc cố định tế bào trong thế kỷ trước. Ví dụ, Rickert và cộng sự đã sử dụng gel

canxi alginate để nhúng vi khuẩn lên men acid hữu cơ [7] hay Shori (2017) đã tiến hành

nghiên cứu khảo sát màng bao để cải thiện khả năng sống sót của probiotic trong dạ dày

[8]. Trên cơ sở đó, bắt đầu đã có nghiên cứu về màng bao trong thực phẩm hàng loạt ra

đời như Tanganurat (2020) sử dụng màng bao có probiotic trong nước trái cây như thực

phẩm chức năng [9]. Bằng cách thả các ion canxi (Ca2+) vào dung dịch natri alginate,

Ca2+ khuếch tán ra ngoại vi và phản ứng với natri alginate để tạo thành màng gel để bọc

lõi chất lỏng, và các viên nang siêu nhỏ rỗng đã được chuẩn bị. Một số học giả đã thực

hiện các nghiên cứu về ảnh hưởng của các điều kiện xử lý đến gel canxi alginate

(CAG). Các đặc tính vật lý của hạt CAG thay đổi khi xử lý nhiệt, bao gồm độ bền đứt,

kích thước, độ cầu và cấu trúc xốp. Ngoài những nghiên cứu quốc tế cũng có một số

nghiên cứu trong nước thực hiện màng bao probiotic cho các sản phẩm từ nước trái cây.

Ngô Thị Minh Phương và Nguyễn Thanh Hội (2014) đã nghiên cứu cố định vi khuẩn

Lactobacillus plantarum trên alginate và ứng dụng lên men tạo nước cà chua bổ sung

probiotic [10] hay nghiên cứu thử nghiệm tạo chế phẩm vi gói synbiotic từ Lactobacillus

casei và ứng dụng trong sản phẩm kẹo dẻo synbiotic. Do đó, với mục đích hướng đến

việc tạo ra những hạt gel alginate có chứa probiotic qua phương pháp tạo màng bao để

duy trì hoạt tính của probiotic bổ sung vào thực phẩm có lợi cho sức khỏe của hệ tiêu

hóa con người nên trong nghiên cứu này sẽ thiết lập phương pháp làm hạt gel alginate

chứa proboitic có thể sử dụng trực tiếp trong thực phẩm.

2. Mục tiêu

- Nuôi cấy và thu nhận vi sinh vật có hoạt tính probiotic.

- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ alginate, loại muối canxi và nồng độ ion Ca2+

đến cấu trúc gel của hạt gel alginate.

- Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của dung dịch hình thành hạt gel đến cấu trúc

gel của hạt gel alginate chứa vi khuẩn Bacillus licheniformis.

5

- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến cấu trúc hạt gel alginate.

3. Phương pháp nghiên cứu

3.1 Phương pháp nuôi cấy và thu nhận vi sinh vật có hoạt tính probiotic.

3.1.1 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy

Giai đoạn chuẩn bị môi trường nuôi cấy được thực theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8128:

2015 (ISO 11133: 2014) về vi sinh vật trong thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và nước, có

hiệu chỉnh. Chủng Bacillus licheniformis được chuẩn bị cho tất cả các thí nghiệm, giống

được cung cấp bởi bộ môn công nghệ sinh học, viên công nghệ sinh học và thực phẩm,

trường đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh và được nuôi trên môi trường MRS

(Man - Rogosa - Sharpe) lỏng và thạch.

3.1.2 Hoạt hóa giống

Quy trình hoạt hóa giống được tiến hành theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 874: 2011 về

vi sinh vật nông nghiệp - Phương pháp bảo quản ngắn hạn, có hiệu chỉnh.

Từ ống nghiệm chứa chủng Bacillus licheniformis tiến hành hoạt hóa giống trên 15mL

môi trường MRSB trong ống nghiệm có nắp, ủ 27°C với tốc độ lắc 150 vòng/phút trong

24 - 48 giờ ở tủ lắc ấm lạnh.

Từ ống môi tường MRSB đã hoạt hóa tiến hành kiểm tra độ thuần chủng. Chủng được

cấy ria trên đĩa thạch MRSA, ủ ở 32°C, sau 24 - 48 giờ quan sát hình thái và các đặc

điểm sinh học đặc trưng.

Sau 24 giờ chọn những khuẩn lạc riêng lẻ có những đặc điểm đặc trưng và tiến hành cấy

giữ giống trên ống nghiệm MRSA nghiêng cho các thí nghiệm tiếp theo và bảo quản ở

2°C.

3.1.3 Phương pháp định lượng vi sinh vật.

6

Sự hiện diện của vi sinh vật có thể định lượng bằng nhiều phương pháp khác nhau như

đếm số lượng tế bào trực tiếp trên kính hiển vi, định lượng gián tiếp thông qua mức độ

cản ánh sáng (độ đục), đếm số khuẩn lạc trên một môi trường xác định bằng kĩ thuật đổ

đĩa theo tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4884-1: 2015 (ISO 4833-1: 2013) về vi sinh vật

trong chuỗi thực phẩm - Phương pháp định lượng vi sinh vật. Ở thí nghiệm này, lựa chọn

phương pháp đếm khuẩn lạc tương tự như nghiên cứu của Marotz và cộng sự (2001) [11]

và theo tiêu chuẩn quốc gia.

Định lượng tế bào bằng phương pháp đếm khuẩn lạc được thực hiện tại các nồng độ OD

tiến hành pha loãng bậc 10 như: 10-1

; 10-2

; 10-3

; … theo Koseki và Nosaka (2012) [12].

Trải 0,1 mL huyền phù sau pha loãng lên đĩa MRSA, mỗi nồng độ pha loãng trải 3 đĩa.

Ủ 32°C, 24 - 48 giờ. Nhận diện khuẩn lạc đặc trưng và đếm số khuẩn lạc của chủng vi

khuẩn Bacillus licheniformis tại mỗi độ pha loãng: chọn độ pha loãng có số khuẩn lạc

phân bố hợp lý nhất và trong khoảng 25 - 250 khuẩn lạc/ đĩa, đếm số khuẩn lạc trên cả

3 đĩa lặp lại trên cùng độ pha loãng.

3.2 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của nồng độ natri alginate, loại muối canxi

và nồng độ Ca2+ đến hình dạng và kích thước của hạt gel alginate.

Thực hiện theo phương pháp của Lee và Rogers (2012) có hiệu chỉnh [13]. 50 mL dung

dịch Na - alginate được ép đùn qua một pittong vào 200 mL dung dịch canxi. Các hạt

được để ổn định trong 20 phút, sau đó gạn nước và thu được các viên hình cầu (hạt gel

alginate). Chọn ngẫu nhiên 30 hạt được từ mỗi nghiệm thức tiến hành quan sát hình dạng

bằng mắt và đo đường kính bằng thước vernier 150mm.

3.3 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của nồng độ natri alginate, loại muối canxi

và nồng độ Ca2+ đến cấu trúc của hạt gel alginate.

Theo phương pháp của Bubin và cộng sự (2019), có hiệu chỉnh [14]. Các hạt từ nghiệm

thức dung dịch alginate và dung dịch canxi có nồng độ 0,75; 1,00 g/ 100 mL được sử

7

dụng để xác định đặc tính kết cấu (độ dai, độ dẻo, độ đàn hồi...) của sản phẩm bằng máy

phân tích kết cấu TPA (Brookfield CT3 4500). Các hạt được chọn ngẫu nhiên của mỗi

mẫu cho mỗi lần đo và phải đảm bảo đủ thời gian ngâm trong dung dịch muối canxi.

3.4 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt độ đến cấu trúc của hạt gel

alginate.

Thử nghiệm pH: Thực hiện theo phương pháp của Zazzali và cộng sự (2019) [15], có

hiệu chỉnh. Điều chỉnh pH của dung dịch muối canxi đến giá trị: 4; 5; 6; 7; 8. Tiến hành

tạo hạt gel alginate vào cốc chứa dung dịch canxi lactate. Sau 20 phút để yên ổn định,

các hạt gel alginate được thu hồi và đo kích thước bằng thước cặp; kiểm tra cấu trúc bằng

máy phân tích kết cấu TPA.

Thử nghiệm nhiệt độ: Thực hiện theo phương pháp của Jeong và cộng sự (2020), có hiệu

chỉnh [16]. Tiến hành tạo hạt gel alginate trong cốc chứa dung dịch canxi lactate có nhiệt

độ lần lượt là 20°C, 30°C, 40°C và 50℃. Các hạt gel alginate được ổn định trong dung

dịch canxi lactate 20 phút, sau đó được tiến hành đo kích thước và kiểm tra cấu trúc bằng

máy phân tích kết cấu TPA.

3.5 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến cấu trúc của hạt

gel alginate

0,380 gam cặn sinh khối ướt sẽ được chuyển vào dung dịch Na - alginate đã vô trùng sẽ

tiến hành thao tác tạo viên và ngâm hạt gel alginate trong dung dịch canxi lactate (quy

trình được thực hiện trong tủ an toàn sinh học). Hạt gel alginate sau khi được thu hồi sẽ

ngâm vào dung dịch canxi lactate ở 4°C trong vòng 7 ngày theo phương pháp của

Rodríguez-Sánchez và cộng sự (2017) [17], có hiệu chỉnh. Cứ sau 24 giờ hạt gel sẽ được

tiến hành đo kích thước hạt và đo kết cấu hạt gel bằng máy phân tích kết cấu TPA

(Brookfiled CT3 4500).

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu