Nghiên cứu công nghệ chế biến thực phẩm chống lão hoá từ vừng đen và gạo cẩm

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng Đại học Bách Khoa Hµ néi - Trần thị thu ph-ơng NGhiên cứu công nghệ chế biến đồ uống chức từ vừng đen gạo cẩm Luận văn thạc sĩ ngành công nghệ sinh học Hà nội - 2004 -1- Mở Đầu §èi víi ng-êi, mong -íc lín lao cuéc đời đ-ợc sống lâu, sống khoẻ Tuy nhiên, đến giai đoạn đó, ng-ời lại phải đối mặt với thời gian, vết nhăn xuất hiện, thể già nua mệt mỏi tạo điều kiện cho loại bệnh tật phát triển (còn gọi bệnh tuổi già), nh- bệnh thoái hoá x-ơng khớp, bệnh mÃn tính tim mạch x-ơng khớp, tai mắt kém, cao huyết áp, loÃng x-ơng, tiểu đ-ờng, ung th- Tại ng-ời lại già đi? Có ba học thuyết giải thích lÃo hoá thể, là: thuyết oxy hoá, thuyết miễn dịch thuyết phân chia giới hạn Thuyết oxy hoá cho rằng, gốc tự gây tổn th-ơng oxy hoá tế bào, làm tế bào già chết Thuyết miễn dịch giải thích suy yếu hệ thống miễn dịch tr-ớc tác nhân gây hại làm thể dễ mắc bệnh lÃo hoá Thuyết phân chia có giới hạn rằng, phân chia tế bào gen quy định, sau nhiều lần phân chia gen hết chức trình phân chia tế bµo sÏ chÊm døt ThuyÕt oxy hãa cã søc thuyÕt phục ngày đ-ợc nghiên cứu sâu hơn, theo gốc tự (H*,HO*,RO* ) đ-ợc sinh từ trình chuyển hoá qua chuỗi phản ứng oxy hoá, gây tổn th-ơng huỷ hoại phân tử sinh học (lipid, protein,DNA ) Sự oxy hoá phá hủy lipid, protein làm biến đổi màng tế bào gây nên bệnh tim mạch, huyết áp , bệnh mắt, x-ơng khớp Sự oxy hoá gây nên tổn th-ơng DNA làm biến đổi gen gây nguy phát triển bệnh ung th-một bệnh nan giải y học D-íi t¸c dơng cđa c¸c gèc tù xt thể gây nên nguy mắc số bệnh nguy hiểm nh-: gây bệnh mù loà, phá huỷ tế bào nÃo, tạo điều kiện phát triển bệnh Parkinson, bệnh Alzheimer, làm gia tăng trình lÃo hoá, tăng nguy bệnh mạch vành tim gốc tự kích thích; cholesterol, Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -2- lipoprotein mật độ thấp (LDL) bám vào thành mạch máu, gây bệnh ung ththúc đẩy phá huỷ DNA tế bào Tr-ớc nguy trên, thể ng-ời tự hình thành hệ thống tự bảo vệ - hệ thống miễn dịch tuyệt vời, đ-ợc đảm bảo nhờ hệ thống tế bào miễn dịch limphoT, limpho B, đại bạch cầu hệ thống enzym oxy hoá nh- catalase, glutathione, peroxidase,superosidase Hệ thống có khả vô hiệu hoá gốc tự ngăn cản hình thành chúng Nh-ng hệ thống tự bảo vệ có nguy bị suy giảm gốc tự phát sinh ạt từ nguyên nhân chế độ dinh d-ỡng đem lại, d- l-ợng thuốc trừ sâu, thuốc bảo quản thực vật, ô nhiễm môi tr-ờng, hoá chất độc hại Với ph-ơng châm: phòng bệnh chữa bệnh hay chữa bệnh ăn tốt chữa bệnh thuốc, phải có chế độ ăn uống hợp lý, th-ờng xuyên phải bổ sung chất chống oxy hoá cho thể làm hạn chế nguyên nhân phát sinh gốc tự do, đ-ợc xem ph-ơng pháp hữu hiệu việc nâng cao sức khoẻ, tăng c-ờng hệ thống miễn dịch, chống lÃo hoá nâng cao ti thä ng-êi ViƯc cã mét chÕ ®é dinh d-ỡng hợp lý với thể trạng bệnh lý ng-ời, vấn đề Điều đáng l-u ý nhà khoa học đà nghiên cứu chiết xuất từ thứ sẵn có tự nhiên, tạo đ-ợc dòng thực phẩm mới, giúp ta chủ động bù đắp thiếu hụt chế độ ăn hàng ngày nh- loại vitamin, khoáng chất, vi chất cần thiết cho thể, giúp thể giải độc chống lÃo hoá, tăng c-ờng sức đề kháng Thực phẩm có tác dụng bổ d-ỡng cải thiện chức thể đà đ-ợc thống với thuật ngữ chung thực phẩm chức (functional foods) hay gọi sản phẩm dinh d-ỡng y học Tuỳ theo quan niệm n-ớc mà có tên gọi khác nhau, nh- Mỹ gọi thực phẩm thuốc (food and drug interface) quan niệm sản phẩm có chứa chất dinh d-ỡng chứa chất cã ho¹t tÝnh sinh häc cao nguån gèc thùc vËt, động vật thực phẩm Tại châu Âu, Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -3- sản phẩm gọi thực phẩm dinh dưỡng bổ sung (supplement) Nguyên liệu để tạo thực phẩm chức th-ờng chứa nhiều chất chống oxy hoá Các loại hạt nh- đậu, đỗ, vừng chứa nhiều loại chất chống oxy hoá chủ yếu nằm lớp vỏ mầm hạt Các chất chống oxy hoá tìm thấy nguyên liệu hạt gồm có: vitamin E, Selen, nguyên tố khoáng (đồng, kẽm, mangan ) acid phenoic, acid phytic, hợp chất catechin, flavonoid, lignans +Vitamin E : có khả chống oxy hoá, tăng c-ờng hệ thống miễn dịch, chống lÃo hoá, làm đẹp da Vitamin E chất chống oxy hoá nội sinh tế bào, bảo vệ acid béo ch-a no đa chức màng tế bào khỏi bị oxy hoá phá huỷ Vitamin E giữ cho selen trạng thái khử, giúp cho selen có hoạt tính oxy hoá Ngoài ra, vitamin E ngăn chặn hình thành nitrosamin, chất gây ung th-, từ hợp chất nitrit có thực phẩm +Selen: có chức nh- cofactor enzym glutathion peroxidase, enym ngăn cản hình thành gốc tự Selen ngăn cản hình thành gốc tế bào ung th- sinh từ khối u, chống đục thuỷ tinh thể thoái hóa võng mạc +Acid phenoic: acid phenoic tìm thấy nguyên liƯu h¹t nhferrulic acid, caffeic acid, tannic acid, catechin, anthocyanin Các acid phenoic có khả ngăn cản hình thành nitrosamin nội sinh làm tắt phản ứng gây bệnh ung th- tế bào, bảo vệ tế bào +Acid phytic: Tạo liên kết với ion tự do, ngăn chặn ion hình thành gốc tự Acid phytic có khả tạo liên kết với gốc tự đ-ợc sinh vi khuẩn đ-ờng ruột phá huỷ tế bào ruột kết Lignan isoflavonoid: Hợp chất lignan isoflavonoid có hoạt tính sinh học giống nh- estrogen-một hoocmon thể - có khả chống bệnh ung th-, ức chế khối u, giảm l-ợng cholesterol máu Các hợp Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -4- chất lignan isoflavonoid có hàm l-ợng cao loại hạt dầu nh- đậu t-ơng, vừng, cọ Sức thuyết phục thực phẩm chức đà tạo thị tr-ờng Gần đây, có nhiều tập đoàn hÃng nghiên cứu đà sản xuất loại thực phẩm chức nhằm tới thị tr-ờng rộng lớn - cộng đồng ng-ời muốn có thực phẩm bổ d-ỡng bảo vệ sức khoẻ Thị tr-ờng đà đem lại 100 tỷ USD năm Tại Việt Nam đà có thực phẩm chức công ty Thiên sứ (Trung Quốc), sản phẩm tập đoàn Vision (Vision international people group) châu Âu, sản phẩm mang nhÃn hiệu Forever Mỹ Với mục đích tạo loại đồ uống có chức chống lÃo hoá, công trình lựa chọn nguyên liệu chứa nhiều hoạt chất chống oxy hoá, là: Gạo nếp cẩm-chứa nhiều anthocyanin, vừng đen - chứa viamin E, acid béo ch-a no, hợp chất lignan, mật ong-hàm l-ợng đ-ờng cao, đặc biệt mật ong đ-ợc coi nguồn cung cấp vitamin hoàn hảo tự nhiên Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -5- Ch-ơng tổng quan 1.1 Sản xuất đồ uống từ nguyên liệu giàu tinh bột 1.1.1 Phân loại đồ uống: Các loại đồ uống đ-ợc chế biến từ nguồn nguyên liệu giàu tinh bột đ-ợc chia làm ba loại: đồ uống cồn, đồ uống cã ®é cån thÊp, ®å uèng cã ®é cån cao[5] Đồ uống cồn đ-ợc chế biến từ nguyên liệu hạt không cho lên men Đồ uống có độ cồn nhẹ đ-ợc chế biến từ nguyên liệu hạt lên men có độ cồn nhỏ 20% v/v Bia đồ uống thuộc loại Đồ uống có độ cồn cao đ-ợc lên men từ nguyên liệu hạt đ-ợc ch-ng cất đến độ r-ợu 40% v/v 1.1.2-Sơ đồ nguyên lý sản xuất đồ uống từ nguyên liệu giàu tinh bột : Các loại đồ uống chế biến từ nguyên liệu giàu tinh bột khác thành phần, màu sắc, mùi vị, tính chất nh-ng tuân theo nguyên lý tổng quát với giai đoạn sau: +Xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu dạng nguyên hạt đ-ợc ngâm hấp chín, nguyên liệu hạt đ-ợc nghiền nhỏ sau nấu chín +Đ-ờng hoá: Giai đoạn nhằm chuyển hoá tinh bột thành cấu tử gluxit đơn giản nhờ hệ enzym thuỷ phân tinh bột: -amilase glucoamilase +Lên men: Giai đoạn đ-ợc thực nhờ hệ enzyme nấm men hỗn hợp nấm men vi sinh vật, nhằm chuyển hoá glucide thành r-ợu Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -6- +Xử lý sản phẩm: Giai đoạn đ-ợc thực tuỳ theo loại đồ uống, đồ uống cồn nạp CO2 trùng Đối với loại đồ uống có cồn nhẹ trình ch-ng cất, phối trộn Trên sở đ-a quy trình tổng quát để chế biến số loại đồ uống nguyên liệu giàu tinh bột nh- hình sau: Nguyên liệu Nghiền nhỏ N-ớc Enym Dịch hoá Đ-ờng hoá Nấm men Lọc Không lên men Xử lý Đồ uống độ cồn Lên men Ch-ng cất Xử lý Xử lý Đồ uống có độ cồn thấp Đồ uống có độ cồn cao Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý sản xuất đồ uống từ nguyên liệu giàu tinh bột.[5] 1.1.3-Hệ enzyme thủy phân tinh bột: Sự thuỷ phân tinh bột đ-ợc xúc tác acid enzyme phân cắt liên kết glucoside phân tử amilose amilopectin đính vào phân tử n-ớc, mô tả theo ph-ơng trình d-ới đây: enzyme (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 acid Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -7- Hệ enzyme xúc tác thuỷ phân tinh bột amilase đơn cấu tử, có loại amilase phân cắt liên kết -1,4 -glucoside, loại amilase phân cắt liên kết -1,6-glucoside ã -amilase (-1,4-glucanohydrolase, EC.3.2.1.1) -amilase thuộc nhóm enzyme nội phân tử, tác dụng liên kết -1,4glucoside vị trí amilose amilopectin làm giảm nhanh độ nhớt tinh bột Các -amilase chứa nhiều tyrosin triptophan phân tử chứa ion canci Sản phẩm thuỷ phân tinh bột d-ới tác dụng -amilase dextrin phân tử khác Enzyme -amilase phân cắt phân tử amilose cho sản phẩm cuối maltose maltotriose; phân cắt amilopectin cho sản phẩm glucose, maltose, maltotriose dextrin mạch nhánh Nhóm vi sinh vật tổng hợp -amilase vi khuẩn Bacillus liqufaciens, B.Lichcheniformis, B.amiloliquefcien, B.subtilis nấm sợi Aspergillus oryzae Nhiệt độ pH tối -u -amilase tuỳ thuộc vào nguồn sinh tổng hợp enzyme, th-êng pH tèi -u ë vïng acid yÕu 4,5-6,9, Nhiệt độ tối -u vào khoảng 60-70oC Một số loài vi khuẩn chịu nhiệt sinh tổng hợp -amilase nhB.licheniformis pH tối -u 5,6 nhiệt độ tối -u 85oC ã -amilase (-1,4-glucan maltohydrolase, EC 3.2.1.1) Enzyme -amilase phân cắt liên kết -1,4-glucoside phân tử amilose amilopectin từ đầu không khử, sản phẩm tạo thành maltose Enzyme -amilase thu nhận từ malt, đậu t-ơng số loại vi sinh vật: Bacillus circulans, B.cereus, R.Japanicus Đối với -amilase pH tối -u 5-6, nhiệt độ tối -u 60-62oC Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -8- -amilase -amilase phân cắt triệt để amilose, nh-ng phân cắt đ-ợc 50-55% amilopectin Do d-ới tác dụng enzyme amilase thu đ-ợc dịch đ-ờng chứa 78-80% maltose glucose, 20-22% dextrin chứa liên kết -1,6-glucoside ã -amilase (-1,4-Glucan glucohydrolase, EC.3.2.1.3) Enzyme glucoamilase gọi -amilase (-1,4-Glucan glucohydrolase, EC.3.2.1.3) phân cắt đ-ợc liên kết -1,4-glucoside -1,6-glucoside, chuyển hoá hoàn toàn tinh bột thành đ-ờng glucose Glucoamilase từ nguồn khác có đặc tính tính chất khác Thông th-ờng pH tối -u enzyme 4,5-5,5 nhiệt độ tối -u 40-60oC Trong môi tr-ờng chứa oligosaccharide làm bền enzyme, có mặt ion Ca2+ làm ức chÕ enzyme [3.1] Nguån gèc cña glucoamilase chñ yÕu tõ mét sè nÊm mèc nh- Aspergillus usamii, A.niger, A.oryzae vµ nÊm men Endomycopsip [3.2] ChÕ phÈm Glucoamilase tõ chñng Aspergillus niger đà đ-ợc biến đổi gen Điều kiện hoạt đồng tối -u chế phẩm pH 4,1-4,3 , nhiệt độ 60-62oC 1.1.4-Thực trạng sản xuất đồ uống từ tinh bột nay: Hiện nay, công nghiệp sản xuất đồ uống từ nguyên liệu tinh bột gồm r-ợu ch-ng cất r-ợu vang không ch-ng cất Nhiều đồ uống lên men từ tinh bột nh- r-ợu Sake (Nhật), r-ợu Whiskey, Vodka (Nga), vang Shaohsing (Đài Loan), R-ợu nếp (Việt Nam) ã R-ợu Sake R-ợu Sake coi quốc tửu Nhật Bản, rượu nấu từ gạo, có màu vàng nhạt, chứa 15-16% r-ợu, có vị chua [5] R-ợu Sake đ-ợc sản xuất quy mô công nghiệp nh-ng trì ph-ơng thức lên men cổ truyền, cho nấm mốc phát triển gạo tiến hành đ-ờng hoá nhờ Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -9- enzyme nấm mốc sinh Sau đó, cấy nấm men vào để thực trình lên men ã R-ợu Whiskey: R-ợu Whiskey lên men từ ngũ cốc nảy mầm đ-ợc nghiền nhỏ, sau nên men giữ lâu năm pha chế R-ợu Whiskey đ-ợc pha chế từ r-ợu Whiskey đà giữ lâu năm với n-ớc để giảm độ r-ợu đóng chai Tuỳ theo loại ngũ cốc ng-ời ta chia làm loại r-ợu Whiskey thuần: + Bourbon: Ngô chiếm tỷ lệ 51% + Rye Whiskey: Lúa mì đen chiếm 51% + Corn Whiskey: Ngô chiếm 80% +Bottled in bond: Loại Bourbon hay loại Rye Whiskey bảo quản năm đóng chai ã R-ợu Vodka: Vodka quốc tửu Nga, chế tạo từ khoai tây hay ngũ cốc giàu tinh bột, có độ r-ợu cao R-ợu sau cất đ-ợc lọc qua than gỗ, làm r-ợu Vodka màu, th-ờng đ-ợc dùng để pha chế Cooctail ã Ruợu Hoàng tửu: Hoàng tửu loại r-ợu cất truyền thống Trung Quốc, lên men từ gạo sử dụng bánh men thuốc bắc Trong bánh men thuốc bắc có chứa hai loại nấm men, nhóm Saccharomyupsis chuyển hoá tinh bột thành đ-ờng nhóm Saccharomyes chuyển hoá đ-ờng thành r-ợu Trong công nghệ sản xuất bia, nguyên liệu giàu tinh bột đ-ợc sử dụng làm nguyên liệu thay Một số loại đồ uống không lên men đ-ợc sản xuất từ nguyên liệu giàu tinh bột (chủ yếu gạo) d-ới dạng siro giàu đ-ờng, mật tinh bột phục vụ cho công nghệ thực phẩm Siro-glucose đ-ợc tạo nên thuỷ phân từ tinh bột ngô, khoai tây gạo Hỗn hợp sau thuỷ phân thu đ-ợc chủ yếu đ-ờng glucose, maltose, qua giai đoạn lọc cô đặc đạt đến số đ-ờng khử (tính theo glucose) 20-26, Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học ... thùc phÈm chức phòng chống bệnh tật, đề xuất quy trình chế biến sản phẩm từ dịch thuỷ phân gạo cẩm Sản phẩm đ-ợc chế biến từ vừng đen đà xử lý phối trộn với dịch đ-ờng hoá gạo cẩm, có bổ sung mật... cao nguồn gốc thực vật, động vật thực phẩm Tại châu Âu, Trần thị thu ph-ơng Công nghệ sinh học -3- sản phẩm gọi thực phẩm dinh dưỡng bổ sung (supplement) Nguyên liệu để tạo thực phẩm chức th-ờng... mục đích tạo loại đồ uống có chức chống lÃo hoá, công trình lựa chọn nguyên liệu chứa nhiều hoạt chất chống oxy hoá, là: Gạo nếp cẩm- chứa nhiều anthocyanin, vừng ®en - chøa viamin E, c¸c acid