Prebiotic:
Định nghĩa:
Khái niệm prebiotic lần đầu tiên được Gibson GR, Roberfroid MB định nghĩa vào
năm 1995. Kể từ đó, prebiotic đã thu hút sự chú ý của giới khoa học cũng như như các nhà
công nghệ. Nhiều polysaccharide và oligosaccharide sử dụng trong thực phẩm ngộ nhận
như prebiotic, tuy nhiên khái niệm prebiotic và công năng của nó chỉ mới được xác định rõ
những năm gần đây.
Prebiotic là các thành phần thực phẩm không tiêu hoá được, có tác dụng kích thích sự
phát triển và hoạt động một số loài vi khuẩn có lợi cho sức khoẻ đồng thời ức chế một số
loài vi khuẩn khác trong ruột kết (ruột già) góp phần tăng cường sức khoẻ.(a)
Định nghĩa của prebiotic được Gibson và Roberfroid đưa ra khá giống định nghĩa chất
xơ trong thực phẩm, chỉ có sự khác biệt duy nhất là prebiotic có khả năng kích thích sự phát
triển của một số vi khuẩn có lợi cho sức khoẻ. Chủng vi khuẩn muốn chỉ định ở đây là
Bifidobacteria do chúng có khả năng sử dụng một số oligosaccharide như
fructooligosaccharides và inulin, transgalactosylated oligosaccharides, và oligosaccharides
từ đậu nành. (e)
Đến báo cáo gần đây nhất (2007) Gibson và Roberfroid khẳng định không phải bất cứ
loại carbonhydrate nào cũng có thể xếp vào nhóm prebiotic mà chúng cần thoả mãn các yêu
cầu sau: (a)
+Chống chịu được môi trường acid của dạ dày, không bị phân giải bởi enzyme động
vật và không bị hấp thu ở ruột.
+Có khả năng lên men bởi các vi khuẩn đường ruột
+Kích thích có chọn lọc sự phát triển và/hoặc hoạt tính của các vi khuẩn có lợi cho
sức khoẻ.
Prebiotic không nhất thết phải là các chất không bị tiêu hoá mà chỉ cần khi đến ruột
kết chúng vẫn còn một lượng đủ lớn để làm cơ chất cho quá trình lên men ở đây.
Cũng theo Gibson và Roberfroid hiện nay chỉ có hai chất đáp ứng được các yêu cầu
đối với prebiotic: đó là inulin và trans-galactooligosaccharides (TOS). (a)
Tính chất của prebiotic
 Prebiotic là những chất khó tiêu:
Prebiotic khó tiêu là do cấu trúc hoá học của nó.(viết lại)

Hai công trình nghiên cứu của Bach Knudsen và cộng sự (1995) và Ellegard (1997)
đã chứng minh prebiotic vẫn giữ nguyên một lượng lớn (86 – 89%) khi đến ruột già. (d)
Bảng: Khả năng tiêu hoá của một số prebiotic trên đường ruột người (d)
Cơ chất Mô hình thí
nghiệm
Lượng
nạp vào
Lượng
còn lại
Phần trăm
còn lại
Tác giả công bố, năm
(g) (g) (%)
Inulin
Kỹ thuật mở
thông ruột
hồi
7.07 6.1 86
Bach Knudsen và Hessov,
1995
21.2 18.4 87
Inulin nt 17.0 15.0 88
Ellegard và cộng sự, 1997
Oligofructose nt 15.5 13.8 89
Oligofructose nt 20.1 6.0 89 Molis và cộng sự, 1996
Một số kết quả nghiên cứu khác cũng đã chỉ ra khả năng không bị tiêu hoá của
prebiotic như: khi dung nạp prebiotic thì lượng đường trong máu không tăng (Hidaka,
1986; Rumessen, 1990). Prebiotic khó bị phân giải bởi dịch tiêu hoá từ dạ dày (Nilsson và
cộng sự, 1988).
Những kết quả trên cùng với hàng loạt nghiên cứu khác đã chứng tỏ prebiotic không

bị tiêu hoá trong đường tiêu hoá của người.
 Prebiotic là nguồn dinh dưỡng của vi sinh vật có lợi trong đường ruột.
Như vậy prebiotic sau đi qua gần hết ống tiêu hoá vẫn còn một lượng lớn. Khi đến
ruột già prebiotic trở thành nguồn dinh dưỡng cho hệ vi sinh vật ở đây. Lúc này prebiotic
được lên men. Các kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ prebiotic được lên men bởi hệ vi sinh
vật tại ruột kết. Đa số các vi sinh vật có khả năng sử dụng prebiotic là các vi khuẩn có lợi.
(d)
Sở dĩ các vi sinh vật này có khả năng sử dụng prebiotic là do chúng có thể tiết ra một
số enzyme ngoại bào có khả năng phân giải các liên kết β-(2-1)glycosidic. Sản phẩm của
quá trình lên men prebiotic là acid béo mạch ngắn, sinh khối vi sinh vật, CO
2
, H
2
. Tuy
nhiên chỉ một chủng vi sinh vật thì chưa đủ để lên men tuyệt đối prebiotic mà cần sự phối
hợp của nhiều chủng khác nhau. Ví dụ như các chủng Bacteroides có khả năng sử dụng
carbohydrate có chỉ số polymer hoá (DP) cao, trong khi các chủng Bifidobacteria chỉ sử
dụng được các loại carbohydrate với chỉ số DP thấp.
Khả năng lên men của prebiotic còn phụ thuộc vào cấu trúc của nó. Prebiotic mạch
thẳng thì dễ lên men hơn prebiotic mạch nhánh. Prebiotic có cấu trúc càng giống tự nhiên
thì càng dễ tiêu thụ bởi các vi sinh vật đường ruột.
Hình: Tỉ lệ phân tử lượng của acetate, propionate, và butyrate được sinh ra do quá trình lên
men prebiotic bởi hệ vi sinh vật có trong phân người. (d)
Trong một số nghiên cứu khác đã khẳng định prebiotic, đặc biệt là inulin có khả năng
kích thích sự phát triển của Bifidobacteria. (d)
Các khí gas sinh ra trong quá trình lên men prebiotic còn có tác dụng tăng nhu động
ruột, làm nhuận tràng giảm táo bón. Tuy nhiên chúng cũng là nguyên nhân của việc hạn chế
liều lượng prebiotic sử dụng, bởi quá nhiều prebiotic có trong thực đơn sẽ gây đầy hơi.
Ngoài tác dụng đối với hệ vi sinh vật thuộc đường tiêu hoá, prebiotic còn có một số
ưu điểm khác như không làm tăng cholesterol trong máu, tăng khả năng hấp thụ khoáng

đặc biệt là Ca và Mg và chống lại một số bệnh ung thư do vi khuẩn đường ruột gây ra.
Các loại prebiotic
Inulin: C
6n
H
10n+2
O
5n+1
Nguồn: />Hình: cấu trúc hoá học của inulin
Inulin là chất có vị ngọt tinh tế có thể dùng thay cho đường, bột và chất béo. Inulin đã
được chứng minh có vai trò như prebiotic.
Cấu trúc hoá học của inulin:
Inulin là một polymer mạch thẳng được cấu tạo từ các đơn phân là fructose, các
monomer này liên kết với nhau bằng liên kết β-(2-1) glycosidic, và mạch polymer thường
tận cùng bằng gốc glucose.
Inulin tận cùng bằng gốc glucose được gọi là alpha-D-glucopyranosyl-[beta-D-
fructofuranosyl]
(n-1)
-D-fructofuranosides (G
py
F
n
).
Inulin tận cùng không có gốc glucose được gọi là beta-D-fructopyranosyl-[D-
fructofuranosyl]
(n-1)
-D-fructofuranosides (F
py
F
n

).
Do được tạo thành bởi các liên kết β-glucosidic nên inulin không bị thuỷ phân bởi các
enzyme có trong đường tiêu hoá mà chỉ bị thuỷ phân một phần bởi enzyme endoinulinase
(EC 3.2.1.7) thành oligofructose.
Nguồn sản xuất inulin:
Inulin được chiết tách từ thực vật thuộc họ Composithae ví dụ như rau diếp xoăn.
Inulin có nguồn gốc tự nhiên là những inulin không phân nhánh thường được tách chiết từ
rễ. Loại inulin này có đơn phân là glucose, fructose, sucrose. Mức độ polymer hoá (DP) của
inulin từ rau diếp xoăn từ 2 đến 60 với giá trị polymer hoá trung bình (DP
av
) là 12. Sở dĩ có
chỉ số polymer hoá trung bình vì inulin có nguồn gốc thực vật thường là một hỗn hợp có
mức độ polymer hoá khác nhau. Chỉ có 10% inulin từ rau diếp xoăn có chỉ số DP từ 2(F
2
)
đến 5(GF
4
). (a)
Từ inulin người ta sản xuất oligofrutose, loại oligofructose này có chỉ số DP từ 2 – 7
với DP
av
= 4, bao gồm oligosaccharide mạch thấp như 1-kestotriose, 1,1-kestotetraose,
1,1,1-kestopentaose cũng như inulobiose, inulotriose và inulotetraose. Loại oligofructose
thường là hỗn hợp chứa cả G
py
F
n
và F
py
F

n
. Oligofructose cũng có thể tổng hợp nhở enzyme
β-frructosidase (EC 3.2.1.7) thu nhận từ Aspergillus niger. Phản ứng tổng hợp này phỏng
theo cơ chế tổng hợp oligossacharide trong thực vật với cơ chất là sucrose kết hợp với 1, 2
hay 3 phân tử fructose. Sản phẩm này có DP từ 2 đến 4 với DP
av
= 3.6 và tất cả sản phẩm
đều là G
py
F
n
. Oligofructose còn được gọi với một tên khác là fructooligosaccharide, chỉ
những inulin oligomers với DP
max
<10. (b)
Oligofructose phối hợp với inulin cao phân tử tạo nên sản phẩm Synergy. Tuỳ theo
các chỉ số DP, DP
av
, DP
max
mà các sản phẩm Synergy có sự khác biệt ít nhiều. (a)
Hình: Mối quan hệ giữa inulin, oligofructose và các dẫn xuất của chúng (b)
Tác dụng của inulin:
Cho đến ngày nay tác dụng của inulin đã được nghiên cứu khá nhiều và khá hoàn
thiện. Vai trò lớn nhất của inulin là cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột (ở ruột già) trong
đó chúng sẽ kích thích các vi sinh vật có lợi cho sức khoẻ như lactobacilli, bifidobacteria,
fusobacteria và ức chế sự phát triển của một số vi sinh vật có hại như Escherichia coli,
clostridia, veillonellae, candida. Cho đến nay cơ chế ảnh hưởng của inulin lên sự phát triển
của các vi khuẩn có lợi vẫn chưa được làm rõ. Tuy nhiên người ta đã đưa ra phỏng đoán,
các vi sinh vật này có khả năng tiết ra enzyme ngoại bào inulinase có khả năng phân giải

inulin, sử dụng inulin như là một nguồn dinh dưỡng của chúng. (b)
Inulin G
py
F
n
(n = 2 ÷ 60, Dp
av
= 12)
Oligofructose
G
py
F
n
và F
py
F
n
(n = 2 ÷ 7, Dp
av
= 4)
Inulin HP G
py
F
n
(n = 10 ÷ 60, Dp
av
= 25)
Synergy 1
G
py

F
n
và F
py
F
n
(n = 2 ÷ 7 và 10 ÷60)
Phân tách
Trộn lẫn
Sucrose
β-fructosidase
endoinulinase
Gibson & Wang (1994) đã tiến hành nuôi các chủng vi khuẩn Bifidobacteria,
Escherichia coli, Clostridium perfringens trên môi trường chứa inulin và các môi trường có
nguồn cacbon khác. Kết quả cho thấy Bifidobacteria phát triển tốt trên môi trường chứa
inulin, trong khi đó Escherichia coli, Clostridium perfringens hầu như không phát triển trên
môi trường chứa inulin. Gibson và Wang đồng thời tiến hành nghiên cứu tác động của
inulin lên hệ vi sinh vật từ phân người, kết quả đạt được cho thấy inulin là một tác nhân
kích thích sự phát triển của chủng Bifidobacteria. Khi so sánh tác dụng của inulin,
oligofructose và sucrose đối với Bifidobacteria thì oligofructose cho kết quả tốt nhất.
Kaplan & Hutkins (2000) tiến hành sàng lọc 28 chủng vi khuẩn sinh acid lactic và
Bifidobacteria dựa trên khả năng sử dụng inulin và oligosaccharide trên môi trường rắn
MRS cho thấy 12 trên 16 chủng vi khuẩn sinh acid lactic và 7 trên 8 chủng vi khuẩn
Bifidobacteria có khả năng dùng inulin và oligosaccharide. Đồng thời bằng kỹ thuật phân
tích phân tử Sghir và cộng sự (1998) lại khẳng định một lần nữa vi khuẩn Bifidobacteria và
vi khuẩn sinh acid lactic có thể sử dụng inulin và oligofructose. Và oligofructose có khả
năng kích thích sự phát triển của những chủng vi khuẩn này.
Từ những kết quả khả quan của thực nghiệm in vitro tác dụng của inulin tiếp tục được
kiểm tra trên mô hình chuột và người. Phương pháp tiến hành là xác định lượng vi khuẩn
có lợi ban đầu trong phân, sau đó cho các đối tượng thử nghiệm ăn các khẩu phần có inulin

với hànm lượng khác nhau. Khảo sát sự thay đổi của các vi khuẩn có lợi sau khi đã ăn
inulin.
Kruse và cộng sự (1999) đã nghiên cứu ảnh hưởng của inulin trên 8 người khoẻ
mạnh. Những đối tượng thử nghiệm này được cho ăn inulin với hàm lượng 15% trong khẩu
phần ăn. Kết quả cho thấy số lượng vi khuẩn Bifidobacteria tăng rõ rệt trong khi lượng acid
béo mạch ngắn (SCFA), lượng lipid trong máu và khí gas sinh ra hầu như không đổi.
Gibson và cộng sự (1995) cũng tiến hành nghiên cứư khả năng kích thích
Bifidobacteria của inulin và oligosaccharide. Kết quả cho thấy cả hai loại này đều có khả
năng kích thích sự phát triển của Bifidobacteria, đồng thời lượng vi khuẩn Bacteroides,
Clostridia và Fusobacteria giảm dưới tác dụng của oligofructose, lượng cầu khuẩn Gram
dương giảm dưới tác dụng của inulin. Tổng số vi khuẩn hầu như không đổi và rất ít SCFA
cũng như khí gas sinh ra.
Tác dụng của inulin trên các đối tượng khác nhau với các liều dùng khác nhau cũng
đã được khảo sát. Bouhnik và cộng sự (1999) đã tiến hành nghiên cứu liều lượng