Fructooligosaccharide (FOS)

Fructooligosaccharide (FOS) * Nội dung chính * Khái niệm FOS FOS được biết đến là: Chất xơ hòa tan (soluble fiber) Chất tạo ngọt năng lượng thấp Prebiotic Đặc tính sinh học: kích thích tiêu hóa, giảm cholesterol, phospholipid, triglyceride, chống béo phì, an toàn cho người bệnh tiểu đường, ngừa sâu răng, tăng khả năng hấp thu các ion Ca2+, Mg2+ * Cấu tạo hóa học Là những oligosaccharide: 1 phân tử sucrose liên kết với 1, 2, hay 3 gốc fructosyl bằng liên kết -2,1-glucoside. * Công thức cấu tạo FOS * Nguồn gốc FOS Trong tự nhiên: * Hàm lượng FOS trong rau quả (mg/g chất khô) * FOS tự nhiên: nồng độ thấp, enzyme chuyển hóa gốc fructose bị giới hạn bởi điều kiện thời tiết. FOS công nghiệp: thủy phân polysaccharide hoặc tổng hợp từ nguồn nguyên liệu sucrose và enzyme chuyển hóa tạo FOS từ vi sinh vật, chủ yếu là nấm mốc. * Tính chất của FOS Đường kết tinh màu trắng, mùi trái cây, vị ngọt, hút ẩm mạnh, hòa tan trong nước. Độ ngọt tổng  30% độ ngọt sucrose. Vị ngọt  sucrose. Độ nhớt và độ bền nhiệt > sucrose. Bền trong dải pH 4.0 – 7.0, nhiệt độ đến 1400C. Độ hòa tan, đông đặc, nhiệt độ sôi, thông số trong quá trình kết tinh  sucrose. * Đặc tính sinh học Ổn định đường huyết. Giảm cholesterol và triglyceride, điều chỉnh lượng enzyme tổng hợp acid béo trong gan. Tăng cường số vi khuẩn có lợi cho đường ruột (Bifidobacterium), ức chế sự phát triển của vi khuẩn có hại. Thúc đẩy hấp thụ Ca, Mg  phòng ngừa loãng xương. Ngừa sâu răng. * Ứng dụng Phụ gia thực phẩm, bổ sung vào bánh, kẹo, gum, sữa hoặc trộn lẫn với các chất ngọt khác. Bổ sung vào thức ăn gia súc. Bổ sung vào thực phẩm chức năng. FOS hàm lượng thấp dùng làm chất kích thích môi trường lên men cho Bifidobacterium, hàm lượng trung bình dùng bổ sung vào thực phẩm, loại tinh khiết dùng trong kĩ thuật phân tích. * Tên gọi các enzyme có hoạt tính xúc tác quá trình chuyển dịch gốc fructosyl  còn gọi là fructosyltransferase (FTS). Gồm cả hoạt tính thủy phân (UH) và hoạt tính chuyển hóa (UT). GF + fructosyltransferase  F–fructosyltransferase + GF–fructosyltransferase + GF  GF2 + fructosyltransferase * Thu nhận và tinh sạch enzyme từ A.niger * Kết quả tinh sạch Sắc ký trao đổi ion * Sắc ký lọc gel * Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ * Ảnh hưởng của ion kim loại * * FOS phổ thông: Phương pháp liên tục: Cố định enzyme/tế bào. Phưong pháp không liên tục: Dùng enzyme tự do chiết tách.  PP liên tục có nhiều ưu điểm nổi trội và có khả năng công nghiệp hóa cao. * Phương pháp không liên tục: FOS cao độ: FOS cao độ: tinh sạch FOS phổ thông. Phương pháp: Lọc gel: tách dựa theo kích thước phân tử Lọc nano: kỹ thuật thẩm thấu ngược Trao đổi ion: các phân tử được phân li khi đi qua cột có các hạt trao đổi ion. Lên men: dùng VSV lên men glucose Enzyme: dùng glucose isomerase (GI) hoặc glucose oxidase (GOD) * Cố định tế bào A.japonicus vào chất mang gluten * So sánh TB cố định và không cố định * Sản xuất FOS liên tục * Sản xuất FOS cao độ bằng PP enzyme * Hỗn hợp enzyme: -D-fructofuranosidase, glucose oxidase (GOD) Cơ chế hoạt động của GOD: Nhiệt độ và pH tối ưu * Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tỉ lệ FOS * Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn * Ảnh hưởng của lưu lượng oxy * Ảnh hưởng của nồng độ sucrose * Ảnh hưởng của nồng độ glucose oxidase * 10đv/g -fructofuranosidase Tỉ lệ các loại đường trong hỗn hợp PỨ * Thành phần FOS thường và FOS cao độ * 5.2: nystose 5.9: 1-kestose 6.9: sucrose 8.2: glucose Diễn biến tăng trưởng ngành CN mía đường trên toàn quốc * Quy trình sản xuất đề nghị * Một số sản phẩm FOS * Sản xuất FOS công nghiệp: fructosyltransferase từ vi sinh vật. Sản xuất hàng loạt quy mô lớn: cố định enzyme/tế bào. FOS cao độ: sử dụng hệ đa enzyme, lọc nano, lên men, trao đổi ion… Phương pháp phân tích thành phần FOS: HPLC. Bước tiến mới trong kĩ thuật di truyền: Nghiên cứu tạo dòng gene sản xuất fructosyltransferase vào E.coli. Với các đặc tính chức năng quan trọng, FOS ngày càng được biết đến là một trong những thực phẩm chức năng hàng đầu hiện nay. Tiềm năng cho sản xuất FOS của Việt Nam là rất lớn và cần được đầu tư đúng mức. * KẾT LUẬN * Phụ lục 1: Thu nhận và tinh sạch enzyme từ A.niger Phương pháp: CB dịch bào tử: 5ml H2O + ống giống Nuôi cấy: 5ml dịch bào tử + 100ml môi trường (w/v: 1% glucose, 1% dịch chiết nấm men, 2% NaNO3, 0.05% MgSO4. 7H2O, 0.5% K2HPO4) pH 7.4, hấp, ủ 24h, 280C, lắc 200v/p Lên men: 15ml dịch nuôi cấy + 300ml môi trường (w/v: 2% sucrose, 0.4% L-asparagine, 0.1% K2HPO4, 0.05% MgSO4. 7H2O, 0.01% CaCl2) lên men 48h, 280C, lắc 200v/p Thu nhận enzyme: lọc dịch lên men, rửa với đệm phosphate 0.1M pH 6.5, nghiền (trong cát + đệm), ly tâm 15000 x g 20phút, thu phần nổi (enzyme thô). Tinh sạch: liên tiếp 3 bước: tủa protein, sắc kí trao đổi ion, lọc gel * Phụ lục 2: Lên men tái sử dụng nhiều chu kì A.oryzae thu nhận FTS vào SX FOS Phương pháp: Cấy giống: bào tử + 100ml môi trường (1% sucrose, 0.2% dịch chiết nấm men, pH 5.5). Hấp 1210C, 15p.  ủ 3010C, 24h, 250v/p. Lên men tái sử dụng thu enzyme: Giống + 100ml môi trường (10% sucrose, 0.8% dịch chiết nấm men, 1% NaNO3, 0.03% MgSO4. 7H2O, 0.4% K2HPO4, 0.9% KH2PO4, 1% NH4Cl và 0.6% NaCl, pH 5).  ủ 3010C, 48h, 250v/p  gạn thu dịch enzyme thô.  bổ sung môi trường mới, lặp lại 6 chu kì như trên sau mỗi 24h Sản xuất FOS: hỗn hợp PỨ (1.5ml sucrose 60%, đệm citrate 0.1M pH 5.5, 0.5ml dd enzyme thô).  ủ 3010C, 18h, 250v/p.  thu sản phẩm, phân tích bằng HPLC. * Phụ lục 3: Cố định tế bào A.japonicus vào chất mang gluten Phương pháp: CB sợi nấm: bào tử + môi trường (20% sucrose, 1% dịch chiết maltose, 1% dịch chiết nấm men)  ủ 300C, 36h, 200v/p.  thu nhận tế bào (sợi nấm), trộn với chất làm đồng nhất polytron, đệm Triton X-114 ở 40C, trong 24h, và làm đông khô ở -850C. CB gluten: 10g gluten + 200ml dd NaOH 0.05N  ly tâm. Chỉnh về pH 11 với HCl 0.1N. Thêm 5ml dd tinh bột oxy hóa (22% w/v). Chỉnh về pH 6. Thu nhận phần keo lắng. Cố định tế bào: trộn gel gluten + sợi nấm nghiền nhỏ, định hình dạng sợi đường kính 0.25cm, sấy khô, cắt nhỏ 0.25x0.4cm. Trữ 40C. Sản xuất FOS: Theo mẻ: mảnh TB cố định + 100ml dd sucrose 40%, 370C, 125v/p. Liên tục: nhồi 8g mảnh TB cố định vào cột 18 x 1.55cm, cho dd sucrose 40% đi qua cột với vận tốc xác định, 370C * Phụ lục 4: Điện di SDS – PAGE -D-fructofuranosidase * Phụ lục 5: So sánh PP lên men liên tục và không liên tục * Phụ lục 6: Phương pháp HPLC *