Nghiên cứu ứng dụng công nghệ enzym trong chế biến một số nông sản thực phẩm ĐTN nghiên cứu sản xuất đường fructooligsacarit bằng công nghệ đa enzym và ứng dụng trong sản xuất thức ăn trẻ em và bánh kẹo chức năng

Bộ khoa học và công nghệ Viện công nghiệp thực phẩm Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài cấp nhà nớc: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ enzym trong chế biến một số nông sản thực phẩm Mã số: KC 04-07 Chủ nhiệm đề tài cấp nhà nớc: PGS. TS Ngô Tiến Hiển Đ ề tài nhánh: Nghiên cứu sản xuất đờng fructooligsacarit bằng công nghệ đa enzim và ứng dụng trong sản xuất thức ăn trẻ em và bánh kẹo chức năng Chủ nhiệm đề tài nhánh: TS. Trịnh Thị Kim Vân Hà nội,10/ 2004 Danh sách ngời thực hiện đề tài 1. TS. Trịnh Thị Kim Vân 2. PGS. TS. Ngô Tiến Hiển 3. TS. Nguyễn Thị Hoài Trâm 4. PGS. TS. Hoàng Đình Hoà 5. PGS. TS. Trơng Thị Hoà 6. KS. Lê Đình Hùng 7. CN. Nguyễn Thị Thái. 8. CN. Nguyễn Thị Thi 9. KS. Phạm Đức Toàn. 10. KS. Đỗ Thanh Huyền 11. KS. Đỗ Thị Thuỷ Lê 12. KS. Chu Thắng 13. CN. Nguyễn Thanh Hà Mục lục Danh sách ngời thực hiện đề tài Mục lục Các chữ viết tắt Tóm tắt Mở đầu 1 Chơng 1 : Tổng quan tài liệu 3 1.1 Giới thiệu về fructooligosacarit (FOS) 3 1.1.1 Fructôligosacarit trong tự nhiên và cấu tạo 3 1.1.2 Tính chất của FOS 5 1.1.3 Tính an toàn của FOS 10 1.2 ứng dụng của FOS 11 1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất FOS trên thế giới . 12 1.3.1 Nghiên cứu sinh tổng hợp enzim cho sản xuất FOS . 12 1.3.2 Nghiên cứu và sản xuấtFOS 50 ( FOS phổ thông ) 14 1.3.3 Nghiên cứu và sản xuất FOS cao độ 15 1.4 Giới thiệu về fructosyltransferaza (FTS) 17 1.5 Giới thiệu về enzim glucooxidaza (GOD) 18 1.5.1 Đặc tính của enzim GOD 18 1.5.2 Cơ chế xúc tác của enzim GOD 18 1.6 Tiềm năng cho sản xuất FOS tại Việt Nam 20 Chơng 2: Nguyên liệu, thiết bị và phơng pháp nghiên cứu 22 2.1 Nguyên vật liệu và hoá chất . 22 2.1.1 Giống vi sinh vật 22 2.1.2 Enzim 22 2.1.3 Nguyên vật liệu chính. 22 2.1.4 Hoá chất 22 2.2 Các thiết bị chủ yếu . 23 2.3 Phơng pháp nghiên cứu . 24 2.3.1 Phơng pháp vi sinh vật 24 2.3.2 Các phơng pháp hoá sinh, hoá lý . 25 2.3.3 Phơng pháp toán học . 27 2.3.4 Phơng pháp đánh giá cảm quan . 27 2.3.5 Các công nghệ và quá trình cơ sở . 27 Chơng 3: Kết quả và thảo luận 28 3.1 Nghiên cứu sản xuất đờng FOS cao độ bằng phơng pháp nối tiếp 28 3.1.1 ảnh hởng của pH môi trờng đến hoạt lực của FTS. 28 3.1.2 ảnh hởng của nhiệt độ đến sự ổn định của enzim . 30 3.1.3 Tối u hoá các điều kiện chuyển hoá FOS. 30 3.1.4 Tối u hoá các điều kiện chuyển hoá đờng glucoza bằng hệ enzim GOD- CAT 35 3.2 Nghiên cứu sản xuất FOS cao độ bằng phơng pháp đồng thời 41 3.3 Sơ bộ tính toán giá thành cho sản phấm đờng FOS 42 3.3.1 Sơ bộ tính toán giá thành cho sản phẩm đờng FOS 50 42 3.3.2 Sơ bộ tính toán giá thành cho sản phẩm đờng FOS cao độ 43 3.4 Phân lập và tuyển chọn giống cho lên men sinh tổng hợpenzim FTS 44 3.5 Định tên và phân loại vi sinh vật 46 3.6 Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong sản xuất một số thực phẩm chức năng 50 3.6.1 Nghiên cứu ứng dụng đờng FOS trong sản xuất bột dinh 51 dỡng trể em 3.6.2 Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong sản xuất bánh bích quy 57 3.6.3 Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong sản xuất kẹo 61 3.7 Nghiên cứu thử nghiệm trên cơ thể ngời để đánh giá trị của sản phẩm đờng FOS 67 Kết luận 70 Tài liệu tham khảo 72 Phụ lục 81 Các chữ viết tắt CAT F FOS FOS 50 (phổ thông) FOS cao độ FTS G GF 2 GF 3 GF 4 GI GOD HPLC U U T U H Catalaza Fructoza Fructooligosacarit Fructooligosacarit có độ tinh khiết từ 45% đến 60 % Fructooligosacarit có độ tinh khiết cao hơn 75 % Fructosyltransferaza Glucoza Kestoza Nystoza Fructosylnystoza Glucoizomeraza Glucooxydaza Sắc ký lỏng cao áp Đơn vị hoạt lực enzim quốc tế Hoạt lực fructosyltransferaza Hoạt lực thuỷ phân mục lục lời cam đoan . I lời cảm ơn . II mục lục . III Các chữ viết tắt . VI danh mục các Hình VII danh mục các bảng X Mở đầu 1 Chơng 1 : Tổng quan tài liệu 1.1 Giới thiệu về FOS 3 1.1.1 Đờng FOS trong tự nhiên và cấu tạo 3 1.1.2 Tính chất và đặc tính chức năng của FOS 5 1.1.3 Tính an toàn của FOS 12 1.1.4 ứng dụng của FOS 12 1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất FOS trên thế giới 13 1.2.1 Nghiên cứu sinh tổng hợp enzim cho sản xuất FOS . 14 1.2.2 Nghiên cứu và sản xuất FOS 50 21 1.2.3 Nghiên cứu và sản xuất FOS cao độ 22 1.3 Tiềm năng cho sản xuất FOS tại Việt Nam . 30 Chơng 2: Nguyên liệu, thiết bị và phơng pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên vật liệu và hoá chất . 32 2.1.1 Giống vi sinh vật 32 2.1.2 Enzim 32 2.1.3 Nguyên vật liệu 32 2.1.4 Hoá chất 33 2.2 Các thiết bị chủ yếu . 33 2.3 Phơng pháp nghiên cứu . 34 2.3.1 Phơng pháp vi sinh vật 34 2.3.2 Các phơng pháp hoá sinh, hoá lý . 36 2.3.3 Phơng pháp toán học . . 44 2.3.4 Quy trình công nghệ và quá trình 44 Chơng 3: Kết quả và bàn luận 3.1 Phân lập, tuyển chọn chủng nấm mốc và tối u hoá quá trình lên men sinh tổng hợp enzim 46 3.1.1 Phân lập và tuyển chọn 46 3.1.2 Phân loại và định tên cho chủng nấm mốc VVTP 84 46 3.1.3 Nghiên cứu các điều kiện lên men sinh tổng hợp FTS của chủng Asp. flavipes VVTP84. 51 3.1.4 Nghiên cứu các điều kiện lên men tổng hợp FTS trong thùng lên men 25 lít 60 3.2 Thu nhận chế phẩm và xác định đặc tính của FTS 66 3.2.1 Chiết tách enzim 66 3.2.2 Tinh chế enzim 67 3.2.3 Xác định cấu tạo và tính chất của FTS . 70 3.2.4 Một số đặc tính của FTS 72 3.2.5 Xác định hệ số động học K m và hệ số ức chế K i của FTS . 76 3.3 Nghiên cứu công nghệ sản xuất FOS bằng phơng pháp đơn giản 78 3.3.1 ảnh hởng của pH đến hoạt động của FTS trong tế bào 79 3.3.2 ảnh hởng của nhiệt độ đến hoạt động của FTS trong tế bào 80 3.3.3 Xác định hệ số động học của FTS trong tế bào 81 3.3.4 Tối u hoá các điều kiện chuyển hoá FOS 82 3.4 Nghiên cứu nâng cao độ tinh khiết của FOS 50 bằng hệ enzim glucooxydaza- catalaza (GOD- CAT) 88 3.4.1 ảnh hởng của nhiệt độ đến hoạt động của GOD . 89 3.4.2 ảnh hởng của pH đến hoạt động của GOD . 92 3.4.3 Xác định các thông số công nghệ để nâng cao độ tinh khiết của FOS 94 3.5 Tinh chế, phân tích kết cấu và một số tính chất FOS 103 3.5.1 Phân ly hỗn hợp FOS 104 3.5.2 Thuỷ phân bằng axit 104 3.5.3 Thuỷ phân bằng enzim 105 3.5.4 Tính khử của đờng S 1 , S 2 . 106 3.5.5 Xác định cấu tạo hai đờng S 1 và S 2 bằng phơng pháp cộng hởng từ hạt nhân 13 CNMR . 106 3.5.6 Đánh giá chất lợng và một số tính chất sản phẩm FOS . 112 3.5.7 Tính chịu nhiệt, chịu axit của FOS 114 3.6 Định hớng cho sản xuất và sơ bộ tính toán giá thành `` 3.6.1 Định hớng sản xuất cho sản phẩm FOS 116 3.6.2 Sơ bộ tính toán giá thành 120 Kết luận 124 TàI liệu tham khảo 125 Các bàI báo đã công bố có liên quan đến luận án 140 Mở đầu Ngày nay, do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sản lợng nông sản thực phẩm trên toàn thế giới đạt đợc ngày càng nhiều, đặc biệt ở các nớc phát triển, lơng thực, thực phẩm và hàng hoá đang có xu hớng d thừa. Yêu cầu của con ngời về thực phẩm vì thế cũng có nhiều thay đổi. Nếu nh trớc kia chúng ta đặt vấn đề hàm lợng dinh dỡng cao, khả năng cung cấp nhiều năng lợng của thực phẩm là hàng đầu thì bây giờ không hẳn là nh vậy. Đã có nhiều ngời chuyển hớng tìm cho mình các loại thức ăn không có hoặc có ít dinh dỡng, thức ăn thấp năng lợng. Một số khác lại có nhu cầu sử dụng thực phẩm để phòng và chữa bệnh v.v Và thế là có sự ra đời của thực phẩm chức năng (functional food). Thực tế từ bao đời nay loài ngời đã biết đến chức năng của thực phẩm trong việc phòng và chữa bệnh tật, ví nh dùng các loại thảo dợc để chữa bệnh, ăn các loại cây quả đặc hiệu để dài tóc, trắng da vv Nhng chỉ khi khoa học phát triển đến độ cao, con ngời có thể khám phá cấu trúc từng phân tử, phân tích đợc mối liên quan giữa cấu trúc sinh hoá với chức năng của hàng loạt các thành phần hoá học cấu tạo nên một thực phẩm nhất định và ảnh hởng của nó đến sức khoẻ con ngời; Khi mà con ngời đã nhận rõ rằng trong một số loại thực phẩm, vì nó mang các thành phần sinh hoá đặc biệt nên có tác dụng đặc biệt đối với sự phát triển của cơ thể sống nh điều khiển sự tăng trởng, cân bằng trạng thái tinh thần hoặc kích thích sự hoạt động của các cơ quan chức năng vv thì khái niệm thực phẩm chức năng mới chính thức ra đời. Và nh vậy thực phẩm chức năng đợc định nghĩa nh là một loại thực phẩm chứa các thành phần có hoạt tính sinh học, có khả năng phòng chống một số bệnh tật, tăng cờng sức khoẻ dựa trên cơ sở của các quá trình dinh dỡng. Đờng chức năng là một bộ phận quan trọng trong nhóm thực phẩm chức năng, đợc tập trung nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây do phát hiện thấy có nhiều đặc tính sinh học có lợi cho sức khoẻ nh chống sâu răng, chống bệnh tiểu đờng, không gây béo phì, có khả năng kích thích hoạt động của hệ tiêu hoá 1 [...]... nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng nói chung và đờng chức năng nói riêng đang đợc phát triển mạnh trên thế giới, song ở Việt Nam lĩnh vực này còn đang rất mới mẻ Để hoà đồng cùng xu thế phát triển khoa học của thế giới, để đáp ứng nhu cầu mới của ngời tiêu dùng, đề tài nghiên cứu sản xuất đờng fructooligosacarit bằng công nghệ đa enzim và ứng dụng trong sản xuất thức ăn trẻ em và bánh kẹo chức năng đợc... dung chính nh sau: - Nghiên cứu quy trinh công nghệ sản xuất đờng FOS có độ tinh khiết cao bằng phơng pháp đa enzim - Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong sản xuất bột dinh dỡng trẻ em - Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong sản xuất bánh kẹo chống sâu răng, chống béo phì và cho ngời mắc bệnh tiểu đờng - Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong sản xuất bánh bích quy chống sâu răng, chống béo phì và cho ngời mắc bệnh... Nhật Bản + Máy so màu Genesis, Mỹ + Chiết quang kế: Trung Quốc - Thiết bị công nghệ + Dây chuyền sản xuất bột dinh dỡng trẻ em: Viện Công nghiệp thực phẩm + Dây chuyền sản xuất bánh hích quy và kẹo: Công ty thực phẩm Hà Tây + Dây chuyền sản xuất bánh hích quyvà kẹo: Cơ sở sản xuất bánh kẹo Phúc Long 23 2.3 Phơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Phơng pháp vi sinh vật 2.3.1.1 Phân lập, tuyển chọn giống - Phân... thực phẩm khác nh một chất phụ gia để tăng cờng hoạt tính sinh học của thực phẩm là ứng dụng đầu tiên và quan trọng của FOS trong lĩnh vực chế biến thực phẩm Do FOS có đặc tính là có vị ngọt, thấp năng lợng và có hoạt tính sinh học nên thờng đợc bổ sung vào các loại bánh, kẹo, bánh quy và các sản phẩm của sữa hoặc kết hợp trộn lẫn vào trong các chất ngọt khác ở Nhật Bản FOS đợc dùng để bổ sung vào hơn... hóa Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc phân lập tuyển chọn giống để sinh tổng hợp enzim , ứng dụng enzim trong sản xuất FOS và nghiên cứu tinh chế FOS v.v 1.3.1 Nghiên cứu sinh tổng hợp enzim cho sản xuất FOS 12 Vì enzim chuyển hoá fructoza trong thực vật có hoạt tính thấp và thờng là hỗn hợp của một vài loại và lại bị hạn chế khai thác do có tính thời vụ, nên việc chiết tách enzim từ thực vật... tính u việt, có giá trị cao hơn đờng kính về đặc tính chức năng, cung cấp cho thị trờng trong nớc và xuất khẩu, làm nguyên liệu cho các sản phẩm chức năng nh bánh kẹo, thực phẩm cho ngời mắc bệnh tiểu đờng, sữa và bột ding dỡng cho trẻ em v.v là cần thiết và hoàn toàn khả thi 21 Chơng 2 Nguyên liệu, thiết bị và phơng pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên vật liệu và hoá chất 2.1.1 Giống vi sinh vật - Phân lập từ... còn nghiên cứu cho thấy FOS không những chỉ có khả năng phòng mà còn có khả năng chữa bệnh bệnh sâu răng [32] Vì thế ngày nay nhiều nơi trên thế giới ngời ta đã dùng FOS thay thế cho đờng kính trong thành phần ăn hoặc trong chế biến bánh kẹo, đặc biệt là bánh kẹo cho trẻ em để phòng bệnh sâu răng 1.1.2.5 Vai trò thúc đẩy quá trình hấp thụ caxi của FOS Nhiều nghiên cứu cho thấy, sử dụng FOS có thể tăng... ở Mỹ và Châu Âu, nhiều công ty đã và đang xin chứng chỉ của GRAS (Generally Recognized As Safe) cho việc sử dụng sản phẩm FOS của mình [75], và nh thế FOS đã đợc công nhận chính thức bằng văn bản về độ an toàn thực phẩm [54], [63] Nhờ đó số lợng ngời tiêu dùng FOS ngày càng tăng cao 1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất FOS trên thế giới Fructooligosacarit có thể thu nhận đợc bằng cách chiết suất chúng... đã đợc sản xuất ở qui mô công nghiệp và hàng năm cho ra thị trờng hàng ngàn tấn sản phẩm [64] Thông thờng FOS phổ thông đợc sản xuất theo phơng thức liên tục và không liên tục Trong phơng thức sản xuất liên tục công nghệ cố định enzim hoặc cố định tế bào đợc sử dụng, còn đối với phơng thức sản xuất không liên tục thì sử dụng enzim đã chiết tách [8], [26], [69], [73] Giải pháp cố định enzim và cố đinh... phục vụ cho công nghiệp sản xuất FOS không có tính khả thi Cùng với sự phát triển của công nghệ sinh học, việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất enzim ngày càng nhiều Cũng nh các loại enzim khác, nguồn cung cấp enzim chuyển hoá fructoza cho công nghiệp chế biến FOS chủ yếu là từ vi sinh vật Hidaka và các cộng sự [29], [30], [31] là những ngời đầu tiên nghiên cứu khả năng công nghiệp hoá sản xuất FOS . 3.6 Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong sản xuất một số thực phẩm chức năng 50 3.6.1 Nghiên cứu ứng dụng đờng FOS trong sản xuất bột dinh 51 dỡng trể em 3.6.2 Nghiên cứu sử dụng đờng FOS trong. giới, để đáp ứng nhu cầu mới của ngời tiêu dùng, đề tài nghiên cứu sản xuất đờng fructooligosacarit bằng công nghệ đa enzim và ứng dụng trong sản xuất thức ăn trẻ em và bánh kẹo chức năng đợc tiến. học và công nghệ Viện công nghiệp thực phẩm Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài cấp nhà nớc: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ enzym trong chế biến một số nông sản thực