Lời nói đầu 2 I. Khái quát về thực phẩm lên men 3 II. Vai trò của công nghệ sinh học trong sản xuất thực phẩm lên men 8 III. Tình hình ở Việt Nam và xu hướng phát triển 11 Kết luận 13 Tài liệu tham khảo 14
NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH KHOA: CƠNG NGHỆ SINH HỌC & KTMT TIỂU LUẬN: THỰC PHẨM LÊN MEN GVHD: PHẠM MINH TUẤN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Tâm Trần Thị Thanh Thuý Nguyễn Thị Lành Võ Đặng Cẩm Tiên Nguyễn Thị Thanh Thảo 2008100255 2008100297 2008100124 2008100281 2008100053 Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2012 PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC MỤC LỤC Lời nói đầu I Khái quát thực phẩm lên men II Vai trị cơng nghệ sinh học sản xuất thực phẩm lên men III Tình hình Việt Nam xu hướng phát triển .11 Kết luận 13 Tài liệu tham khảo .14 PHẠM MINH TUẤN NHẬP MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC LỜI NĨI ĐẦU WHO đưa khuyến cáo nên ưu tiên nghiên cứu trình lên men kỹ thuật để chuẩn bị / lưu trữ thực phẩm Một lý cho điều nước phát triển, 1/10 trẻ em năm tuổi chết nước Mất nước chủ yếu tỷ lệ mắc bệnh tiêu chảy Nguyên nhân cho bị tiêu chảy ăn phải thực phẩm khơng có tiêu chuẩn thích hợp điều kiện vệ sinh Tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm dựa vào chế biến xử lý thực phẩm, điều kiện nguyên liệu thô Một mặt hàng thực phẩm chế biến từ nước bị ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh tiếp bị ô nhiễm, nguy sức khỏe Axit lactic lên men thực phẩm tìm thấy để giảm nguy có vi sinh vật gây bệnh phát triển thực phẩm Thực phẩm lên men có từ thời cổ đại chí xuất trước người biết dùng ký tự để ghi chép Một loại rượu vang đỏ 8.000 năm tuổi tìm thấy tại khu vực Caucasus Georgia Tại Babylon, sữa lên men xuất 3.000 năm trước công nguyên tại Ai Cập, men bánh mì có niên đại đến 1.500 năm trước cơng ngun Các châu lục có điều kiện khí hậu văn hóa ẩm thực khác nên sản phẩm lên men khác Người châu Âu thích nhâm nhi chút rượu vang trước dùng bữa kết thúc bữa ăn bằng chút mát Trong đó, người Châu Á lại yêu thích vị đậm đà loại nước chấm lên men nước tương, nước mắm gia vị gần thiếu bữa cơm truyền thống Đối với châu lục đa sắc tộc châu Mỹ, dường có giao thoa ẩm thực vậy, sản phẩm lên men phong phú Đến đây, người ta tìm thấy từ sữa chua, mát, rượu vang, bánh mì, giấm nhiều loại nước chấm lên men quốc gia châu Á nước tương, nước mắm Như “Thực phẩm lên men” trở thành thành phần thiếu với người đại PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC I a Khái quát thực phẩm lên men Khái quát trình lên men Khái niệm lên men Lên men trình sinh học, mà phản ứng oxy hóa khử xảy tế bào vi sinh vật, kiện khơng có chất oxy hóa Một phần chất hữu bị phân giải thành chất khử, phần lại bị phân giải thành chất oxy hóa Lên men phương thức chủ yếu vi sinh vật yếm khí, đặc điểm lên men nhận điện tử bên ngồi, oxy hóa khơng triệt để, lượng sinh khơng nhiều Trong cơng nghiệp, q trình lên men nhân tạo dù vi sinh vật hiếu khí hay kị khí gọi lên men b Cơ chế trình lên men Quá trình lên men tự nhiên trình phức tạp với thực phẩm tế bào phản ứng với cách hỗn độn Sơ đồ tổng quát trình lên men vi sinh vật PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thực phẩm lên men a Khái niệm Thực phẩm lên men thực phẩm mà chúng lợi dụng vi sinh vật có ích cách khéo léo để chế tạo loại thực phẩm có phong vị độc đáo, phong phú mức sống ẩm thực chúng ta, sữa chua, mát, rượi nếp,chao, đậu phụ, rượu vàng, rượu nho… tất thực phẩm thực phẩm có sức hấp dẫn kỳ lạ mà cịn người u thích thời gian dài Các sản phẩm lên men Hình 1: Các sản phẩm lên men b Lịch sử phát triển thực phẩm lên men Thực phẩm lên men có từ thời cổ đại chí xuất trước người biết dùng ký tự để ghi chép Một loại rượu vang đỏ 8.000 năm tuổi tìm thấy tại khu vực Caucasus Georgia Tại Babylon, sữa lên men xuất 3.000 năm trước công nguyên tại Ai Cập, men bánh mì có niên đại đến 1.500 năm trước cơng ngun Từ 2.500 năm trước, người La Mã cổ đại biết làm cho bữa ăn thêm PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC đậm đà, ngon miệng cùng với Garum – loại nước chấm lên men từ cá Quá trình lên men dựa vào hệ vi sinh vật ruột cá tác dụng ánh nắng mặt trời, tương tự trình sản xuất nước mắm Việt Nam giúp tạo Garum có hàm lượng Glutamate cao, vị Umami đậm đà trở thành loại nước chấm yêu thích Mọi tầng lớp xã hội La Mã cổ đại sử dụng Garum thành phần thiếu bữa ăn Một vài ăn cịn kết hợp Garum cùng với rượu, dấm, tiêu đen dầu ăn để giúp mang đến hương vị hài hịa, đặc trưng, ví dụ: thịt bê hầm, trai hấp… Một đại diện dòng sản phẩm thực phẩm lên men từ sữa, mát với hậu vị đặc trưng trở thành nguồn nguyên liệu khơng thể thiếu đới với ăn phương Tây chiếm vị trí ngày quan trọng văn hóa ẩm thực Châu Á Pho mát xuất lần vào khoảng 7.000 năm trước công nguyên, mà người bắt đầu biết lấy túi làm từ dạ dày vài loài động vật để đựng sữa nhận thấy sữa đựng túi chuyển thành dạng chất rắn với hương vị mới, thơm ngon mà lạ miệng Như thực phẩm len men xuất từ lâu cùng tồn tại theo phát triển lịch sử Ngày nay, với phát triển cơng nghiệp thực phẩm, địi hỏi ngày cao người, có nhiều loại thực phẩm đời Tuy nhiên, thực phẩm lên men giữ vị quan trọng thay ưu đặc trưng dễ dàng tiêu hóa, giúp làm cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, dễ bảo quản đặc biệt quan trọng thực phẩm lên men có hương vị khó quên PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC c Phân loại thực phẩm lên men Theo nguyên liệu chọn − Từ ngũ cốc: rượu, − Từ thịt: Theo chủng vi sinh vật − Vi khuẩn − Vi nấm − Xạ khuẩn − Virut Theo quy mô − Truyền thống − Công nghiệp d Quá trình lên men Hình minh họa phần trình lên men tổng quát Phần trung tâm hệ thống hệ lên men, thể sinh trưởng điều kiện tối ưu để tạo thành sản phẩm Trước lên men bắt đầu, môi trường phải pha chế khử trùng, hệ lên men vô trùng, ni cấy khởi đầu phải có sớ lượng vi sinh vật vừa đủ trạng thái sinh lý phù hợp để cấy truyền vào hệ lên men sản xuất Kết thúc trình lên men sản phẩm phải tinh sạch xử lý thêm PHẠM MINH TUẤN NHẬP MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC Hình 2: Sơ đồ chung trình lên men e Lợi ích thực phẩm lên men Tăng khả tiêu hóa hấp thụ: Dưới tác dụng men vi sinh vật, gluxit dạng phức hợp cắt nhỏ thành đường mạch ngắn, chất đạm cắt nhỏ thành axit amin dễ tiêu hóa hấp thụ Lactose đường có sữa, để tiêu hóa đường sữa cần men lactaza, men lại thường thiếu hụt người lớn người sử dụng sữa, tạo tình trạng rới loạn tiêu hóa sau uống sữa Khi làm sữa chua, 70% đường lactose bị lên men chuyển thành axit lactic, nên ăn sữa chua dễ dung nạp Trong môi trường axit thực phẩm lên men, khoáng chất canxi, kẽm, tăng khả hòa tan giúp dễ dàng hấp thụ Tăng sức đề kháng: Thực phẩm lên men nguồn cung cấp vi khuẩn lactic loại vi khuẩn có lợi đường ruột Theo quy luật sinh tồn, vi khuẩn lactic bám vào niêm mạc đường tiêu hóa, cạnh tranh chỗ bám làm kìm hãm phát triển vi sinh vật PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC gây bệnh Ecoli, Salmonella (gây tiêu chảy), vi khuẩn Pylori (gây viêm loét dạ dày) nấm Candida Q trình lên men cịn tạo chất kháng thể, chất kháng sinh ức chế vi khuẩn có hại Tạo chất dinh dưỡng: Quá trình lên men làm tăng hàm lượng sớ vitamin Sữa lên men thường giàu vitamin nhóm B Nhờ men, chất đạm cắt nhỏ thành axit amin hấp thu trực tiếp dễ dàng Các thực phẩm giàu đạm lên men nguồn cung cấp axit amin nước mắm, tương, chao, phô-mai Loại trừ vi khuẩn có hại độc tố: Q trình lên men phân hủy độc tớ có thực phẩm cyanogenic glucosid có khoai mì, măng hay mycotoxin hạt ngũ cớc II Vai trị công nghệ sinh học sản xuất thực phẩm lên men Công nghệ lên men lĩnh vực quan trọng sản xuất thực phẩm Việc tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả lên men tốt, đem lại hiệu cao cần thiết Các nghiên cứu sử dụng công nghệ di truyền phục vụ cho công nghệ lên men chủ yếu vào hai hướng là: - Phân tích di truyền loại vi sinh vật sử dụng trình lên men, xác định gen mã hóa cho tính trạng mong muốn nhằm tạo suất chất lượng sản phẩm lên men - Tạo vi sinh vật chuyển gen phục vụ cho qui trình lên men Ví dụ sản xuất rượu, ngày người ta dùng chủng vi sinh vật có khả tạo rượu cao cho hương vị tốt Phần lớn chủng nghiên cứu, tuyển chọn, lai tạo bằng công nghệ di truyền Để sản xuất rượu vang, trước đây, người ta phải dùng hai loại vi sinh vật S cerevisiae để tạo hàm lượng rượu dịch lên men sau đó, sử dụng Leuconostos lên men phụ trình tàng trữ, nhằm nâng cao chất lượng rượu Ngày nay, người ta tiến tới dùng chủng vi sinh vật chuyển gen để thực hai q trình Đới với sản phẩm lên men sữa phomat sữa chua, trước kia, người ta thường sử dụng vi sinh vật tự nhiên có mặt sữa để lên men Do vậy, PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CƠNG NGHỆ SINH HỌC người ta khó lịng kiểm sốt q trình lên men hiệu khơng cao Ngày người ta tạo chủng với tính chất xác định điều khiển q trình lên men theo định hướng mong ḿn Bằng công nghệ vi sinh vật, công nghệ gen người ta tạo chủng vi sinh vật có khả tổng hợp enzyme chịu nhiệt, chịu axit, chịu kiềm tốt để sản xuất enzyme Enzyme λ-amylase chịu nhiệt sử dụng nhiều để sản xuất mạch nha, đường glucose từ tinh bột Trước đây, công nghiệp thực phẩm nghiên cứu công nghệ sinh học sử dụng chủ yếu để hoàn thiện quy trình cơng nghệ lên men truyền thớng Cịn nay, nghiên cứu công nghệ sinh học chủ yếu liên quan đến việc tạo chủng có suất sinh học cao việc áp dụng chúng vào công nghệ lên men đại, sản xuất chế biến loại sản phẩm sau: - Công nghiệp sản xuất sữa, Công nghệ sinh học chế biến tinh bột, Sản xuất nước uống lên men, như: bia, rượu nho, rượu chưng cất - Sản phẩm chứa protein, như: protein vi khuẩn đơn bào, protein từ tảo lam cố định đạm cyanobacteria vi tảo - Sản xuất chất tăng hương vị thực phẩm, như: axit citric, axit amino, vitamin màu thực phẩm, chất tăng vị thực phẩm, keo thực phẩm - Chế biến rau Vi sinh vật phần hệ thớng xử lý q trình sản xuất thực phẩm lên men Phương pháp nuôi cấy vi sinh vật cải thiện di truyền bằng cách sử dụng hai phương pháp truyền thống phân tử, cải thiện vi khuẩn, nấm men nấm mốc chủ đề nhiều nghiên cứu học tập công nghiệp Những đặc điểm xem xét cho ứng dụng thực phẩm thương mại nước phát triển phát triển bao gồm chất lượng giác (hương vị, hương thơm, bề ngồi, kết cấu tính thớng nhất), virus (vi khuẩn) sức đề kháng trường hợp trình lên men sữa, khả để sản xuất hợp chất kháng sinh (ví dụ bacteriocins, hydrogen peroxide) để ức chế vi sinh vật không mong muốn Ở nhiều nước phát triển, tập trung vào suy thoái ngừng hoạt động độc tớ tự nhiên (ví dụ cyanogenic glucosides khoai mì), độc tớ nấm mớc (trong q trình lên men ngũ cớc) yếu tớ dinh dưỡng chớng (ví dụ phytates) PHẠM MINH TUẤN 10 NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Phương pháp truyền thống cải tiến gen đột biến cổ điển kết hợp sở phát triển cơng nghiệp văn hóa lúc đầu cho vi khuẩn (nuôi cấy sử dụng để bắt đầu trình lên men thực phẩm biết đến nuôi cấy khởi động), lai giống sử dụng việc cải thiện chủng nấm men áp dụng rộng rãi công nghiệp ứng dụng để ủ Đột biến gen Điều liên quan đến việc sản xuất đột biến bằng cách tiếp xúc chủng vi sinh vật với hóa chất gây đột biến tia cực tím để tạo thay đổi hệ gen chúng Chủng cải thiện sản xuất lựa chọn sở đặc tính cụ thể chẳng hạn khả hương vị sản xuất cải thiện kháng virus vi khuẩn Đột biến có thể, nhiên, cho thấy đột biến không mong muốn thứ cấp mà ảnh hưởng đến tính trạng ni cấy q trình lên men Chuyển gen Đây q trình tự nhiên, theo vật liệu di truyền chuyển giao loài vi sinh vật liên quan chặt chẽ kết tiếp xúc vật lý sinh vật cho vi sinh vật sinh vật nhận kết hợp gen trao đổi cho phép hai chuyển gen plasmid nhiễm sắc thể (plasmid vòng tròn không tự chép phân tử DNA nhiễm sắc thể tìm thấy nhiều loại vi khuẩn, có khả chuyển giao tế bào vi khuẩn cùng lồi, đơi lồi khác nhau) Lai (nghĩa giới tính sinh sản giao phới) Sinh sản nấm men, tái tổ hợp di truyền, dẫn đến cải tiến nấm men Ví dụ, qua chủng nấm men đơn bội với đặc tính khí tuyệt vời với đặc tính tớt sấy mang lại chủng với khí tớt hai tính chất sấy khô Công nghệ sinh học việc sản xuất thành phần thực phẩm trình lên men vi sinh vật khai thác thương mại sản xuất thành phần thực phẩm Trao đổi chất kỹ thuật, cách tiếp cận liên quan đến thao tác nhắm mục tiêu mục đích đường trao đổi chất sinh vật, nghiên cứu rộng rãi để cải thiện chất lượng sản lượng thành phần thực phẩm Nó thường liên quan PHẠM MINH TUẤN 11 NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC đến việc thay đổi hoạt động tế bào thao tác chức enzym, vận chuyển quản lý tế bào bằng cách sử dụng kỹ thuật DNA tái tổ hợp di truyền khác Hiểu biết đường trao đổi chất liên quan đến trình lên men, khả để chuyển hướng đường trao đổi chất, tăng sản lượng chất chuyển hóa dẫn đến sản xuất chất chuyển hóa sở đa dạng sản phẩm III Tình hình Việt Nam xu hướng phát triển thực phẩm lên men Trước công nghiệp thực phẩm nghên cứu CNSH sử dụng chủ yếu để hồn thiện qui trình cơng nghệ lên men truyền thống Hiện nghiên cứu CNSH chủ yếu liên quan đế việc tạo chủng có suất sinh học cao việc áp dụng chúng vaod công nghệ lên men đại Khoảng 15% thực phẩm giới sản xuất bằng qui trình CNSH Ảnh hưởng CNSH đại lĩnh vực chưa thật rõ nét Nguyên nhân công nghiệp chế biến thực phẩm mang nặng tính thủ cơng, cơng nghệ chưa đại công nghiệp chế biến thực phẩm có qui mơ to lớn lại có lợi nhuận nhỏ ⇒Khó có khả tái đầu tư Sức khỏe, yếu tố tự nhiên buông thả tác động mạnh mẽ đến xu hướng phát triển lĩnh vực thực phẩm lên men Để đới phó với nạn thực phẩm lẫn hóa chất độc hại sử dụng nguyên liệu công nghiệp sản xuất… diễn tồn cầu, cải tiến cơng nghệ, sử dụng ngun liệu tự nhiên, tới ưu hóa quy trình nhằm loại bỏ tới đa chất độc hại tăng hương vị cho sản phẩm…đang phát triển cho phù hợp với nhu cầu thể người tiêu dùng Bên cạnh đó, lĩnh vực thực phẩm lên men tập trung chủ yếu vào giá trị gia tăng chức với giải pháp sản phẩm hướng đến vấn đề chủ yếu sức khỏe cho tim mạch, chớng lão hóa, hệ tiêu hóa đường ruột, hệ thống miễn dịch sinh lực Những loại sản phẩm lên men sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên nguyên chất thu hút chú ý nhờ vào đặc tính chớng oxy hóa cao chứa nhiều thành phần dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe PHẠM MINH TUẤN 12 NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mặc dù hương vị tiêu chuẩn quan trọng nhất, khơng cịn yếu tớ đủ Yếu tớ gần với tự nhiên xu hướng chung người tiêu dùng ḿn sản phẩm có nguồn gớc tư nhiên đáng tin cậy Ví dụ sản phẩm probiotic, rượu lên men từ trái nguyên trái mặt hàng tin dùng Kết nhiều loại thực phẩm lên men phát triển không bổ sung cồn công nghiệp vang nho, vang cam, sữa chua, sữa chua khuẩn sống… Tất làm từ nguyên liệu hữu tốt cho sức khỏe Ngày nay, với phát triển công nghiệp thực phẩm, đòi hỏi ngày cao người, có nhiều loại thực phẩm đời Tuy nhiên, thực phẩm lên men giữ vị quan trọng thay ưu đặc trưng dễ dàng tiêu hóa, giúp làm cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, dễ bảo quản đặc biệt quan trọng thực phẩm lên men ln có hương vị khó qn PHẠM MINH TUẤN 13 NHẬP MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KẾT LUẬN Ngày nay, với phát triển công nghiệp thực phẩm, địi hỏi ngày cao người, có nhiều loại thực phẩm đời Tuy nhiên, thực phẩm lên men giữ vị quan trọng thay ưu đặc trưng dễ dàng tiêu hóa, giúp làm cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, dễ bảo quản đặc biệt quan trọng thực phẩm lên men ln có hương vị khó qn Dù đâu giới, thực phẩm lên men chiếm vai trò quan trọng tạo nét đặc trưng ẩm thực Với hàm lượng glutamate phong phú tạo từ trình lên men, vị umami thực phẩm làm say lòng bao thực khách khắp nơi giới Chính thực phẩm lên men tiềm lực phát triển tương lai PHẠM MINH TUẤN 14 NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hồng Lộc Nhâp mơn cơng nghệ sinh học_ _NXB Đại học Huế Vietbao.vn Lê Ngọc Tú_ Hóa sinh công nghiệp_NXB khoa học kỹ thuật Bùi Ái_ Công nghệ lên men ứng dụng công nghệ thực phẩm_Đại 2007 học Quốc gia TP.HCM Lê Thanh Mai_ Các phương pháp phân tích ngành cơng nghệ lên men_Khoa học kỹ thuật Robert Scott, William C Sullivan, Ecology of Fermented Foods, 2008 PHẠM MINH TUẤN 15 ... tất thực phẩm thực phẩm có sức hấp dẫn kỳ lạ mà cịn người yêu thích thời gian dài Các sản phẩm lên men Hình 1: Các sản phẩm lên men b Lịch sử phát triển thực phẩm lên men Thực phẩm lên men có... gọi lên men b Cơ chế trình lên men Quá trình lên men tự nhiên trình phức tạp với thực phẩm tế bào phản ứng với cách hỗn độn Sơ đồ tổng quát trình lên men vi sinh vật PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN... chấm lên men quốc gia châu Á nước tương, nước mắm Như “Thực phẩm lên men? ?? trở thành thành phần thiếu với người đại PHẠM MINH TUẤN NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC I a Khái quát thực phẩm lên men