Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Enzym trong chế biến một số nông sản thực phẩm

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

150
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Công nghệ Enzyme có ưu điểm là các sản phẩm sử dụng công nghệ này sạch hơn, chất lượng hơn, hiệu quả hơn so với các công nghệ truyền thống. Thực tế, có rất nhiều nguyên liệu nông sản có giá trị thương phẩm thấp, sau khi được chuyển hóa bởi tác dụng của Enzyme thì giá trị thương phẩm cao hơn rất nhiều. Sả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Enzym trong chế biến một số nông sản thực phẩm

Bé khoa häc vµ c«ng nghÖ ViÖn c«ng nghiÖp thùc phÈm B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi cÊp nhµ n−íc: Nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ enzym trong chÕ biÕn mét sè n«ng s¶n thùc phÈm M· sè: KC 04-07 Chñ nhiÖm ®Ò tµi cÊp nhµ n−íc: PGS. TS Ng« TiÕn HiÓn §Ò tµi nh¸nh: Nghiªn cøu s¶n xuÊt ®−êng fructooligsacarit b»ng c«ng nghÖ ®a enzim vµ øng dông trong s¶n xuÊt thøc ¨n trÎ em vµ b¸nh kÑo chøc n¨ng Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh: TS. TrÞnh ThÞ Kim V©n Hµ néi,10/ 2004
Danh s¸ch ng−êi thùc hiÖn ®Ò tµi 1. TS. TrÞnh ThÞ Kim V©n 8. CN. NguyÔn ThÞ Thi 2. PGS. TS. Ng« TiÕn HiÓn 9. KS. Ph¹m §øc Toµn. 3. TS. NguyÔn ThÞ Hoµi Tr©m 10. KS. §ç Thanh HuyÒn 4. PGS. TS. Hoµng §×nh Hoµ 11. KS. §ç ThÞ Thuû Lª 5. PGS. TS. Tr−¬ng ThÞ Hoµ 12. KS. Chu Th¾ng 6. KS. Lª §×nh Hïng 13. CN. NguyÔn Thanh Hµ 7. CN. NguyÔn ThÞ Th¸i.
Môc lôc Danh s¸ch ng−êi thùc hiÖn ®Ò tµi Môc lôc C¸c ch÷ viÕt t¾t Tãm t¾t Më ®Çu 1 Ch−¬ng 1 : Tæng quan tµi liÖu 3 1.1 Giíi thiÖu vÒ fructooligosacarit (FOS)…………………………..... 3 1.1.1 Fruct«ligosacarit trong tù nhiªn vµ cÊu t¹o………………...... 3 1.1.2 TÝnh chÊt cña FOS …………………….................................... 5 1.1.3 TÝnh an toµn cña FOS ………………………………………... 10 1.2 øng dông cña FOS ………………………………………….......... 11 1.3 T×nh h×nh nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt FOS trªn thÕ giíi .….................. 12 1.3.1 Nghiªn cøu sinh tæng hîp enzim cho s¶n xuÊt FOS …………. 12 1.3.2 Nghiªn cøu vµ s¶n xuÊtFOS 50 ( FOS phæ th«ng )…………… 14 1.3.3 Nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt FOS cao ®é .......................................... 15 1.4 Giíi thiÖu vÒ fructosyltransferaza (FTS) .......................................... 17 1.5 Giíi thiÖu vÒ enzim glucooxidaza (GOD) ....................................... 18 1.5.1 §Æc tÝnh cña enzim GOD 18 1.5.2 C¬ chÕ xóc t¸c cña enzim GOD 18 1.6 TiÒm n¨ng cho s¶n xuÊt FOS t¹i ViÖt Nam 20 Ch−¬ng 2: Nguyªn liÖu, thiÕt bÞ vµ ph−¬ng ph¸p 22 nghiªn cøu 2.1 Nguyªn vËt liÖu vµ ho¸ chÊt ……………………………………. 22 2.1.1 Gièng vi sinh vËt …………………………………………….. 22
2.1.2 Enzim ……………………………………………………….. 22 2.1.3 Nguyªn vËt liÖu chÝnh………………………………………. 22 2.1.4 Ho¸ chÊt ……………………………………………..……… 22 2.2 C¸c thiÕt bÞ chñ yÕu ……………………………………….…….. 23 2.3 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ………………………………….…….. 24 2.3.1 Ph−¬ng ph¸p vi sinh vËt ………………………………..…… 24 2.3.2 C¸c ph−¬ng ph¸p ho¸ sinh, ho¸ lý .. ………………….……… 25 2.3.3 Ph−¬ng ph¸p to¸n häc …………. ………................................. 27 2.3.4 Ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ c¶m quan.. ………………….………... 27 2.3.5 C¸c c«ng nghÖ vµ qu¸ tr×nh c¬ së.. ………………….……….. 27 Ch−¬ng 3: KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 28 3.1 Nghiªn cøu s¶n xuÊt ®−êng FOS cao ®é b»ng ph−¬ng ph¸p nèi tiÕp 28 3.1.1 ¶nh h−ëng cña pH m«i tr−êng ®Õn ho¹t lùc cña FTS….……... 28 3.1.2 ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn sù æn ®Þnh cña enzim ….……....... 30 3.1.3 Tèi −u ho¸ c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn ho¸ FOS….……...................... 30 3.1.4 Tèi −u ho¸ c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn ho¸ ®−êng glucoza b»ng hÖ enzim GOD- CAT................................................................................... 35 3.2 Nghiªn cøu s¶n xuÊt FOS cao ®é b»ng ph−¬ng ph¸p ®ång thêi ..... 41 3.3 S¬ bé tÝnh to¸n gi¸ thµnh cho s¶n phÊm ®−êng FOS......................... 42 3.3.1 S¬ bé tÝnh to¸n gi¸ thµnh cho s¶n phÈm ®−êng FOS 50.............. 42 3.3.2 S¬ bé tÝnh to¸n gi¸ thµnh cho s¶n phÈm ®−êng FOS cao ®é...... 43 3.4 Ph©n lËp vµ tuyÓn chän gièng cho lªn men sinh tæng hîpenzim FTS 44 3.5 §Þnh tªn vµ ph©n lo¹i vi sinh vËt........................................................ 46 3.6 Nghiªn cøu sö dông ®−êng FOS trong s¶n xuÊt mét sè thùc phÈm 50 chøc n¨ng................................................................................................. 3.6.1 Nghiªn cøu øng dông ®−êng FOS trong s¶n xuÊt bét dinh 51
d−ìng trÓ em............................................................................................ 3.6.2 Nghiªn cøu sö dông ®−êng FOS trong s¶n xuÊt b¸nh bÝch quy.. 57 3.6.3 Nghiªn cøu sö dông ®−êng FOS trong s¶n xuÊt kÑo.................. 61 3.7 Nghiªn cøu thö nghiÖm trªn c¬ thÓ ng−êi ®Ó ®¸nh gi¸ trÞ cña s¶n 67 phÈm ®−êng FOS................................................................................... KÕt luËn 70 Tµi liÖu tham kh¶o 72 Phô lôc 81
C¸c ch÷ viÕt t¾t CAT Catalaza F Fructoza FOS Fructooligosacarit FOS 50 (phæ th«ng) Fructooligosacarit cã ®é tinh khiÕt tõ 45% ®Õn 60 % FOS cao ®é Fructooligosacarit cã ®é tinh khiÕt cao h¬n 75 % FTS Fructosyltransferaza G Glucoza GF2 Kestoza GF3 Nystoza GF4 Fructosylnystoza GI Glucoizomeraza GOD Glucooxydaza HPLC S¾c ký láng cao ¸p U §¬n vÞ ho¹t lùc enzim quèc tÕ UT Ho¹t lùc fructosyltransferaza UH Ho¹t lùc thuû ph©n
môc lôc lêi cam ®oan …………………………………………………………………. I lêi c¶m ¬n …………………………………………………………………. II môc lôc …………………………………………………………………. III C¸c ch÷ viÕt t¾t ……………………………………………………………. VI danh môc c¸c H×nh ………………………………………………………… VII danh môc c¸c b¶ng………………………………………………………… X Më ®Çu ………………………………………………………………………… 1 Ch−¬ng 1 : Tæng quan tµi liÖu 1.1 Giíi thiÖu vÒ FOS 3 ……………………………………………………….. 1.1.1 §−êng FOS trong tù nhiªn vµ cÊu t¹o……………………….. 3 1.1.2 TÝnh chÊt vµ ®Æc tÝnh chøc n¨ng cña FOS …………………… 5 1.1.3 TÝnh an toµn cña FOS ……………………………………….. 12 1.1.4 øng dông cña FOS ………………………………………….. 12 1.2 T×nh h×nh nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt FOS trªn thÕ giíi …………….. 13 1.2.1 Nghiªn cøu sinh tæng hîp enzim cho s¶n xuÊt FOS …………. 14 1.2.2 Nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt FOS 50 ……………………………… 21 1.2.3 Nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt FOS cao ®é ………………………….. 22 1.3 TiÒm n¨ng cho s¶n xuÊt FOS t¹i ViÖt Nam …………….………… 30 Ch−¬ng 2: Nguyªn liÖu, thiÕt bÞ vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.1 Nguyªn vËt liÖu vµ ho¸ chÊt ……………………………………. 32 2.1.1 Gièng vi sinh vËt …………………………………………….. 32 2.1.2 Enzim ……………………………………………………….. 32
2.1.3 Nguyªn vËt liÖu ………………………………………….…. 32 2.1.4 Ho¸ chÊt ……………………………………………..……… 33 2.2 C¸c thiÕt bÞ chñ yÕu ……………………………………….…….. 33 2.3 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ………………………………….…….. 34 2.3.1 Ph−¬ng ph¸p vi sinh vËt ………………………………..…… 34 2.3.2 C¸c ph−¬ng ph¸p ho¸ sinh, ho¸ lý .. ………………….……… 36 2.3.3 Ph−¬ng ph¸p to¸n häc …………. …………………….……… 44 2.3.4 Quy tr×nh c«ng nghÖ vµ qu¸ tr×nh 44 Ch−¬ng 3: KÕt qu¶ vµ bµn luËn 3.1 Ph©n lËp, tuyÓn chän chñng nÊm mèc vµ tèi −u ho¸ qu¸ tr×nh lªn men 46 sinh tæng hîp enzim ……………………………………………... 3.1.1 Ph©n lËp vµ tuyÓn chän ……..………………………………... 46 3.1.2 Ph©n lo¹i vµ ®Þnh tªn cho chñng nÊm mèc VVTP 84 ...……… 46 3.1.3 Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn lªn men sinh tæng hîp FTS cña chñng 51 Asp. flavipes VVTP84…………………………………………. 3.1.4 Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn lªn men tæng hîp FTS trong thïng lªn 60 men 25 lÝt ………………………………………………………… 66 3.2 Thu nhËn chÕ phÈm vµ x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh cña FTS……………….. 3.2.1 ChiÕt t¸ch enzim …………………………………………….. 66 3.2.2 Tinh chÕ enzim ……………………………………………… 67 3.2.3 X¸c ®Þnh cÊu t¹o vµ tÝnh chÊt cña FTS ………………….…… 70 3.2.4 Mét sè ®Æc tÝnh cña FTS …………………………………….. 72 3.2.5 X¸c ®Þnh hÖ sè ®éng häc Km vµ hÖ sè øc chÕ Ki cña FTS ……. 76 3.3 Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt FOS b»ng ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n 78 3.3.1 ¶nh h−ëng cña pH ®Õn ho¹t ®éng cña FTS trong tÕ bµo …….. 79 3.3.2 ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn ho¹t ®éng cña FTS trong tÕ bµo 80 3.3.3 X¸c ®Þnh hÖ sè ®éng häc cña FTS trong tÕ bµo ……………… 81 3.3.4 Tèi −u ho¸ c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn ho¸ FOS …………………… 82
3.4 Nghiªn cøu n©ng cao ®é tinh khiÕt cña FOS 50 b»ng hÖ enzim 88 glucooxydaza- catalaza (GOD- CAT) ………………………………… 3.4.1 ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn ho¹t ®éng cña GOD ..…………. 89 3.4.2 ¶nh h−ëng cña pH ®Õn ho¹t ®éng cña GOD …………...……. 92 3.4.3 X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c«ng nghÖ ®Ó n©ng cao ®é tinh khiÕt cña FOS ……………………………………………………………… 94 3.5 Tinh chÕ, ph©n tÝch kÕt cÊu vµ mét sè tÝnh chÊt FOS……………… 103 3.5.1 Ph©n ly hçn hîp FOS………………………………………….. 104 3.5.2 Thuû ph©n b»ng axit…………………………………………... 104 3.5.3 Thuû ph©n b»ng enzim ………………………..……………… 105 3.5.4 TÝnh khö cña ®−êng S1, S2. …………………………………… 106 3.5.5 X¸c ®Þnh cÊu t¹o hai ®−êng S1 vµ S2 b»ng ph−¬ng ph¸p céng 106 h−ëng tõ h¹t nh©n 13CNMR …………………………………………. 3.5.6 §¸nh gi¸ chÊt l−îng vµ mét sè tÝnh chÊt s¶n phÈm FOS ……. 112 3.5.7 TÝnh chÞu nhiÖt, chÞu axit cña FOS ………………………….. 114 3.6 §Þnh h−íng cho s¶n xuÊt vµ s¬ bé tÝnh to¸n gi¸ thµnh …………… `` 3.6.1 §Þnh h−íng s¶n xuÊt cho s¶n phÈm FOS ……………………... 116 3.6.2 S¬ bé tÝnh to¸n gi¸ thµnh …………………………………...… 120 KÕt luËn 124 …………………………………………………………...…………... TµI liÖu tham kh¶o 125 ………………………………………………………… C¸c bµI b¸o ®· c«ng bè cã liªn quan ®Õn luËn ¸n 140
Më ®Çu Ngµy nay, do sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt, s¶n l−îng n«ng s¶n thùc phÈm trªn toµn thÕ giíi ®¹t ®−îc ngµy cµng nhiÒu, ®Æc biÖt ë c¸c n−íc ph¸t triÓn, l−¬ng thùc, thùc phÈm vµ hµng ho¸ ®ang cã xu h−íng d− thõa. Yªu cÇu cña con ng−êi vÒ thùc phÈm v× thÕ còng cã nhiÒu thay ®æi. NÕu nh− tr−íc kia chóng ta ®Æt vÊn ®Ò hµm l−îng dinh d−ìng cao, kh¶ n¨ng cung cÊp nhiÒu n¨ng l−îng cña thùc phÈm lµ hµng ®Çu th× b©y giê kh«ng h¼n lµ nh− vËy. §· cã nhiÒu ng−êi chuyÓn h−íng t×m cho m×nh c¸c lo¹i thøc ¨n kh«ng cã hoÆc cã Ýt dinh d−ìng, thøc ¨n thÊp n¨ng l−îng. Mét sè kh¸c l¹i cã nhu cÇu sö dông thùc phÈm ®Ó phßng vµ ch÷a bÖnh v.v... Vµ thÕ lµ cã sù ra ®êi cña thùc phÈm chøc n¨ng (functional food). Thùc tÕ tõ bao ®êi nay loµi ng−êi ®· biÕt ®Õn chøc n¨ng cña thùc phÈm trong viÖc phßng vµ ch÷a bÖnh tËt, vÝ nh− dïng c¸c lo¹i th¶o d−îc ®Ó ch÷a bÖnh, ¨n c¸c lo¹i c©y qu¶ ®Æc hiÖu ®Ó dµi tãc, tr¾ng da vv… Nh−ng chØ khi khoa häc ph¸t triÓn ®Õn ®é cao, con ng−êi cã thÓ kh¸m ph¸ cÊu tróc tõng ph©n tö, ph©n tÝch ®−îc mèi liªn quan gi÷a cÊu tróc sinh ho¸ víi chøc n¨ng cña hµng lo¹t c¸c thµnh phÇn ho¸ häc cÊu t¹o nªn mét thùc phÈm nhÊt ®Þnh vµ ¶nh h−ëng cña nã ®Õn søc khoÎ con ng−êi; Khi mµ con ng−êi ®· nhËn râ r»ng trong mét sè lo¹i thùc phÈm, v× nã mang c¸c thµnh phÇn sinh ho¸ ®Æc biÖt nªn cã t¸c dông ®Æc biÖt ®èi víi sù ph¸t triÓn cña c¬ thÓ sèng nh− ®iÒu khiÓn sù t¨ng tr−ëng, c©n b»ng tr¹ng th¸i tinh thÇn hoÆc kÝch thÝch sù ho¹t ®éng cña c¸c c¬ quan chøc n¨ng vv… th× kh¸i niÖm “thùc phÈm chøc n¨ng” míi chÝnh thøc ra ®êi. Vµ nh− vËy thùc phÈm chøc n¨ng ®−îc ®Þnh nghÜa nh− lµ mét lo¹i thùc phÈm chøa c¸c thµnh phÇn cã ho¹t tÝnh sinh häc, cã kh¶ n¨ng phßng chèng mét sè bÖnh tËt, t¨ng c−êng søc khoÎ dùa trªn c¬ së cña c¸c qu¸ tr×nh dinh d−ìng. §−êng chøc n¨ng lµ mét bé phËn quan träng trong nhãm thùc phÈm chøc n¨ng, ®−îc tËp trung nghiªn cøu nhiÒu trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y do ph¸t hiÖn thÊy cã nhiÒu ®Æc tÝnh sinh häc cã lîi cho søc khoÎ nh− chèng s©u r¨ng, chèng bÖnh tiÓu ®−êng, kh«ng g©y bÐo ph×, cã kh¶ n¨ng kÝch thÝch ho¹t ®éng cña hÖ tiªu ho¸ 1
v.v... C¸c ®−êng chøc n¨ng míi xuÊt hiÖn cã: ®−êng panatinozamaltitol, sorbitol, lactitol, fructooligosacarit xylooligosacarit, galactooligosacarit , izomaltooligosacarit, soybeanoligosacarit v.v... [12] [74], Trong sè ®ã ®−êng fructooligosacarit (FOS) ®−îc nhiÒu nhµ nghiªn cøu chó ý h¬n c¶ bëi c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®¬n gi¶n, s¶n phÈm cã h−¬ng vÞ th¬m ngon, l¹i cã nhiÒu ho¹t tÝnh sinh häc cã lîi cho c¬ thÓ cña ng−êi. C«ng nghiÖp s¶n xuÊt thùc phÈm chøc n¨ng nãi chung vµ ®−êng chøc n¨ng nãi riªng ®ang ®−îc ph¸t triÓn m¹nh trªn thÕ giíi, song ë ViÖt Nam lÜnh vùc nµy cßn ®ang rÊt míi mÎ. §Ó hoµ ®ång cïng xu thÕ ph¸t triÓn khoa häc cña thÕ giíi, ®Ó ®¸p øng nhu cÇu míi cña ng−êi tiªu dïng, ®Ò tµi nghiªn cøu s¶n xuÊt ®−êng fructooligosacarit b»ng c«ng nghÖ ®a enzim vµ øng dông trong s¶n xuÊt thøc ¨n trÎ em vµ b¸nh kÑo chøc n¨ng ®−îc tiÕn hµnh víi c¸c néi dung chÝnh nh− sau: - Nghiªn cøu quy trinh c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®−êng FOS cã ®é tinh khiÕt cao b»ng ph−¬ng ph¸p ®a enzim. - Nghiªn cøu sö dông ®−êng FOS trong s¶n xuÊt bét dinh d−ìng trÎ em - Nghiªn cøu sö dông ®−êng FOS trong s¶n xuÊt b¸nh kÑo chèng s©u r¨ng, chèng bÐo ph× vµ cho ng−êi m¾c bÖnh tiÓu ®−êng. - Nghiªn cøu sö dông ®−êng FOS trong s¶n xuÊt b¸nh bÝch quy chèng s©u r¨ng, chèng bÐo ph× vµ cho ng−êi m¾c bÖnh tiÓu ®−êng. 2
Ch−¬ng 1 Tæng quan tµi liÖu 1.1 Giíi thiÖu vÒ fructooligosacarit (FOS) 1.1. 1 Fructooligosacarit trong tù nhiªn vµ cÊu t¹o Fructooligosacarit lµ nh÷ng oligoza mµ trong ph©n tö cña chóng cã mét gèc glucoza g¾n kÕt víi mét vµi gèc fructoza. Lo¹i ®−êng nµy cã nhiÒu trong thiªn nhiªn, tån t¹i trong c¸c lo¹i rau qu¶ nh− chuèi, mËn, ®µo , quýt, c©y atiso, cµ chua, hµnh, tái v.v... Hµm l−îng FOS trong mét sè lo¹i rau qu¶ cã thÓ tham kh¶o ë b¶ng 1.1[38]. B¶ng 1.1: Hµm l−îng FOS cña mét sè lo¹i c©y qu¶ (mg/g chÊt kh«) Lo¹i c©y qu¶ Kestoza Nystoza Fructosyl- Tæng FOS (GF2) (GF3) nystoza (GF4) (GFn) Chuèi 5,9 0,1 0,0 6,0 Quýt 1,7 0,0 1,1 2,8 §µo 3,5 0,0 0,0 3,5 Lª 0,8 0,0 0,0 0,8 MËn 1,8 0,2 0,0 2,0 D−a hÊu 2,8 0,0 0,1 3,0 M¨ng 0,3 0,0 0,0 0,3 Rau dÒn ®á 0,1 0,0 0,0 0,1 Rau cÇn t©y 0,2 0,0 0,4 0,6 Hµnh ta 0,4 0,3 0,4 1,1 Døa NhËt B¶n 0,5 0,0 0,0 0,5 Cµ chua 0,2 0,0 0,4 0,6 Tái 8,7 1,2 0,4 10,3 C©y atiso 93,9 94,3 98,1 286,2 Hµnh t©y 15,5 6,7 4,2 26,4 Trong tù nhiªn FOS ®−îc h×nh thµnh d−íi t¸c dông cña enzim chuyÓn ho¸ fructoza. Do c¸c nguån gèc cña enzim chuyÓn ho¸ fructoza kh¸c nhau mµ c¸c s¶n phÈm chuyÓn ho¸ thu ®−îc kh«ng gièng nhau vÒ cÊu t¹o ho¸ häc. VÝ dô enzim chuyÓn ho¸ fructoza thu tõ c¸c lo¹i nÊm mèc nh− Aureobasidium pululans [35] vµ Aspergillus niger [8],[30] chØ xóc t¸c t¹o FOS d¹ng 1F, trong khi ®ã enzim thu 3
®−îc tõ chñng Claviceps purpurea[15] vµ tõ cñ m¨ng t©y [50], [51], [52], [53] l¹i xóc t¸c t¹o ®ång thêi c¶ hai lo¹i FOS d¹ng 1F vµ 6G . V× ®Òu lµ β- D-fructan nªn nhiÒu ng−êi th−êng gäi tÊt c¶ c¸c lo¹i ®−êng fructan, glucofructan vµ innunin lµ FOS [28], [39]. Nh−ng thùc tÕ, FOS ®−îc gäi chØ ®èi víi 1- gluco- (2- β- fructofuranosyl)n-1 oligofructoza, trong ®ã gi¸ trÞ n= 2,3 hoÆc 4 vµ ®−îc viÕt t¾t d−íi d¹ng hçn hîp cña 3 lo¹i ®−êng GF2 (Kestoza), GF3 (Nystoza) vµ GF4 (Fructosylnystoza). Nh− vËy FOS lµ hçn hîp c¸c dÉn xuÊt cña sacaroza mµ trong cÊu t¹o ph©n tö cã chøa 1 gèc sacaroza nèi thªm 1, 2 hoÆc 3 gèc fructoza th«ng qua mèi liªn kÕt β (2-1) glucosit [9]. C«ng thøc cÊu t¹o ph©n tö cña FOS ®−îc viÕt mét c¸ch tæng qu¸t nh− ë h×nh 1.1. ChØ cã cÊu t¹o nh− trªn FOS míi mang ho¹t tÝnh sinh häc cã lîi cho søc khoÎ con ng−êi vµ ®éng vËt. CH2OH O CH 2 OH O CH2OH O H OCH2 O O H O CH2 O O O HOCH2 C H2 O C H2 H O CH2 O O H O CH2 O CH2 O C H2 HOCH2 O 0 C H2 H O CH2 O O CH2OH H OCH2 o O C H2 CH2O H H O CH2 O o Kestoza Nystoza CH2O H Fructosylnystoza H×nh 1.1: C«ng thøc cÊu t¹o cña FOS [9] 4
Theo sè liÖu tÝnh to¸n, ng−êi ph−¬ng T©y víi møc ¨n tiªu chuÈn mét ngµy hÊp thô trung b×nh 2g- 4g FOS [46]. Tuy nhiªn thµnh phÇn dinh d−ìng cña thùc phÈm phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh− chñng lo¹i c©y trång, ®iÒu kiÖn thæ nh−ìng, canh t¸c, thêi gian thu ho¹ch, thêi gian b¶o qu¶n v.v… [11][57], do ®ã møc hÊp thô FOS cña con ng−êi t¹i c¸c ®Þa ph−¬ng kh¸c nhau kh«ng gièng nhau. §Ó t¨ng c−êng sù hÊp thô FOS nh»m lîi dông ®−îc nhiÒu ®Æc tÝnh sinh häc −u viÖt cña chóng, nhiÒu n¬i ng−êi ta lùa chän ¨n nh÷ng lo¹i thùc phÈm cã hµm l−îng FOS cao. 1.1.2 TÝnh chÊt cña FOS 1.1.2.1 TÝnh chÊt ho¸ lý MÆc dï ®· cã nhiÒu bµi b¸o c«ng bè vÒ FOS, song cho tíi nay th«ng tin vÒ tÝnh chÊt ho¸ lý cña ®−êng nµy vÉn cßn rÊt Ýt. Theo ý kiÕn cña Gross [22], th× kestoza lµ lo¹i ®−êng kÕt tinh mµu tr¾ng cã gãc quay cùc [α]D20 lµ +280 vµ nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 199 0C – 200 0C. §é ngät cña kestoza, nystoza vµ fructosylnystoza so víi sacaroza t−¬ng øng lµ 31%, 32% vµ 16%. Cßn ®é ngät tæng cña hçn hîp ba ®−êng nµy (FOS) chØ b»ng 30% ®é ngät cña sacaroza. §−êng FOS hót Èm m¹nh, nªn khã b¶o qu¶n ë tr¹ng th¸i tinh thÓ trong thêi gian dµi. ë cïng mét nång ®é, FOS cã ®é nhít t−¬ng ®−¬ng víi ®é nhít cña sacaroza. §é bÒn nhiÖt cña FOS cao h¬n sacaroza [43]. §−êng FOS bÒn trong d¶i pH 4.0- 7.0 vµ nhiÖt ®é cao tíi 1400C. Mét sè t¸c gi¶ kh¸c khi nghiªn cøu vÒ tÝnh chÊt ho¸ lý cña FOS ®Òu ®−a ra mét kÕt luËn chung lµ cã nhiÒu tÝnh chÊt hãa lý t−¬ng tù sacaroza nh− ®é hoµ tan, ®é ®«ng ®Æc, nhiÖt ®é s«i vµ c¸c th«ng sè vÒ qu¸ tr×nh kÕt tinh [68]. Kh¸c víi ®−êng sacaroza FOS mang nhiÒu ®Æc tÝnh sinh häc −u viÖt h¬n. §©y chÝnh lµ ®Æc ®iÓm khiÕn c¸c nhµ thùc phÈm chó ý vµ tËp chung khai th¸c lo¹i ®−êng oligoza nµy. 1.1.2.2 ¶nh h−ëng cña FOS ®Õn sù chuyÓn hãa hydratcabon. Fructooligosacarit kh«ng hoÆc rÊt Ýt bÞ thuû ph©n bëi hÖ enzyme ®−êng ruét, nªn khi ¨n l−îng ®−êng trong m¸u kh«ng bÞ biÕn ®éng [43],[61]. ThÝ nghiÖm vÒ sù thay ®æi hµm l−îng ®−êng vµ insulin trong m¸u theo thêi gian sau khi ¨n FOS ®· 5
cho kÕt qu¶ nh− h×nh 1.2; 1.3 vµ 1.4. KÕt qu¶ cho thÊy tr¸i víi sacaroza khi ¨n 25 g FOS, trong kho¶ng thêi gian 120 phót, l−îng ®−êng trong m¸u kh«ng hÒ thay ®æi. Nång ®é insulin trong m¸u 250 200 (pmol/l) 150 100 50 0 0 25 50 75 100 125 150 Thêi gian (phót) Dïng sacaroza Dïng FOS H×nh 1.2: Sù thay ®æi nång ®é insulin trong m¸u [43] Nång ®é glucoza trong m¸u 5.5 5 4.5 (mmol/l) 4 3.5 3 2.5 2 0 25 50 75 100 125 Thêi gian (phót) Dïng sacaroza Dïng FOS H×nh 1.3: Sù thay ®æi nång ®é glucoza trong m¸u[43] 6
Tõ kÕt qu¶ cña mét sè nghiªn cøu kh¸c cho thÊy, ®èi víi nh÷ng ng−êi bÞ m¾c bÖnh tiÓu ®−êng nÕu mçi ngµy ¨n 8g FOS, l−îng ®−êng trong m¸u sÏ gi¶m nhanh trong vßng 14 ngµy [70]. Nh÷ng biÕn ®æi cã tÝnh tÝch cùc ph¸t sinh khi chuyÓn ho¸ glucoza vµ chÊt bÐo trong qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt víi sù hiÖn diÖn cña FOS ®−îc Wang. X vµ c¸c céng sù cña «ng nghiªn cøu [67]. C¸c t¸c gi¶ ®· kÕt luËn r»ng nguyªn nh©n cña c¸c hiÖu øng nµy lµ do FOS kh«ng bÞ tiªu ho¸ ë ruét non bëi t¸c dông cña hÖ enzim ®−êng ruét, mµ bÞ lªn men trong ruét giµ d−íi t¸c dông cña vi khuÈn Bifidobacterium (lµ mét chi trong hä Lactobacteraceae, tÕ bµo h×nh que, ph©n nh¸nh, th¼ng hoÆc cong, bÊt ®éng, gram +, sèng kþ khÝ, −a Êm, kh«ng sinh bµo tö, th−êng gÆp trong ruét giµ). KÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh lµ sinh ra c¸c axit bÐo ®o¶n m¹ch (SCFA) nh− axit acetic, axit propionic vµ axit butyric. C¸c chÊt nµy sau®ã ®−îc thÊm vµo thµnh ruét giµ hoÆc chuyÓn lªn gan vµ øc chÕ sù gia t¨ng cña glucoza vµ chÊt bÐo trong m¸u. Nång ®é fructoza trong m¸u 210 180 150 (mmol/l) 120 90 60 30 0 0 25 50 75 100 125 Thêi gian (phót) Dïng sacaroza Dïng FOS H×nh 1.4: Sù thay ®æi nång ®é fructoza trong m¸u[43] 7
ThÝ nghiÖm trªn c¬ thÓ chuét cña Tokunaga [61] còng chøng tá kÕt luËn trªn. T¸c gi¶ nµy ®· chØ ra r»ng hµm l−îng axit bÐo ®o¶n m¹ch trong 1g ph©n cña nhãm chuét ¨n FOS cao h¬n rÊt nhiÒu so víi nhãm chuét ®èi chøng ¨n sacaroza. §èi víi bÖnh nh©n m¾c bÖnh tiÓu ®−êng (cã hoÆc kh«ng rèi lo¹n tiÕt insulin) ngoµi sù bÊt b×nh th−êng vÒ hµm l−îng ®−êng trong m¸u, chÊt bÐo trong m¸u còng lu«n bÞ rèi lo¹n. C¶ hai nh©n tè trªn ®Òu cã ¶nh h−ëng nh− nhau ®èi víi bÖnh lý [5]. V× thÕ viÖc h¹n chÕ sù gia t¨ng hµm l−îng chÊt bÐo trong m¸u còng lµ mét biÖn ph¸p ®Ó ch÷a bÖnh tiÓu ®−êng. Víi ý t−ëng trªn, Agheli vµ c¸c céng sù gÇn ®©y ®· nghiªn cøu vµ chØ ra r»ng nhãm chuét m¾c bÖnh tiÓu ®−êng cã kh¸ng tiÕt isulin khi ¨n thøc ¨n cã chøa 10% FOS ®· gi¶m ®¸ng kÓ hµm l−îng chÊt bÐo tù do vµ triglycerit trong m¸u. KÕt qu¶ nµy ®· kh¼ng ®Þnh l¹i b¸o c¸o tr−íc ®ã cña Delzenne [14], ng−êi ®· chØ ra r»ng FOS cã kh¶ n¨ng lµm gi¶m l−îng chÊt bÐo trong m¸u cña chuét. Còng theo Agheli FOS kh«ng chØ lµm thay ®æi hµm l−îng chÊt bÐo trong m¸u mµ cßn cã thÓ ®iÒu chØnh sù t¹o ra c¸c enzim tæng hîp axÝt bÐo. Trong gan, ho¹t lùc cña enzim trªn t¨ng lªn nÕu chØ ¨n sacaroza nh−ng sÏ ®−îc b×nh th−êng ho¸ bëi sù cung øng FOS. Nh− vËy FOS cã vai trß kh¸ tÝch cùc trong viÖc phßng vµ ch÷a bÖnh tiÓu ®−êng xÐt ë gãc ®é bÖnh lý liªn quan ®Õn sù gia t¨ng cña lipoprotein trong m¸u. V× thÕ FOS hiÖn nay ®−îc dïng nhiÒu nh− lµ mét chÊt ngät thÊp n¨ng l−îng ®Æc biÖt dµnh cho c¸c ®èi t−îng m¾c bÖnh tiÓu ®−êng. 1.1.2.3 ¶nh h−ëng cña FOS ®Õn hÖ vi sinh vËt ®¹i trµng T¸c ®éng cña FOS ®Õn hÖ vi sinh vËt ®−êng ruét ®· ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu. B»ng thÝ nghiÖm ngo¹i thÓ Gross. D khi nghiªn cøu hÖ vi sinh vËt trùc trµng cho thÊy c¸c nßi Bifidobacterium spp. vµ Bacteroides spp cã thÓ ph¸t triÓn m¹nh trong m«i tr−êng dinh d−ìng cã chøa FOS, ng−îc l¹i Escherichia coli vµ Clostridium perfringens l¹i bÞ tiªu diÖt trong m«i tr−êng nµy [18],[22]. Cßn kÕt qu¶ thÝ nghiÖm trªn c¬ thÓ cho thÊy c¶ hai ®èi t−îng ng−êi vµ ®éng vËt ë c¸c løa tuæi kh¸c nhau sau khi ¨n FOS cho thÊy sè l−îng vi sinh vËt Bifidobacterium vµ Lactobacilli trong ®¹i trµng t¨ng lªn, trong khi ®ã sè l−îng vi sinh vËt Clostridium 8
perfringens l¹i gi¶m xuèng [21][28]. ThÝ nghiÖm cßn chØ râ r»ng do FOS cã cÊu t¹o m¹ch th¼ng ng¾n nªn ®· t¸c ®éng ®Õn kh¶ n¨ng lªn men cña c¸c vi sinh vËt nãi trªn. Cßn c¸c lo¹i fructooligoza m¹ch nh¸nh hoÆc innulin m¹ch th¼ng nh−ng dµi th× ¶nh h−ëng trªn rÊt h¹n chÕ. HiÖn nay Bifidobacterium ®−îc ®Æc biÖt quan t©m trong lÜnh vùc sinh häc bëi nã mang nhiÒu lîi Ých cho c¬ thÓ sèng. Vi khuÈn Bifidobacterium tån t¹i vµ ph¸t huy t¸c dông ngay trong c¬ thÓ chñ, ®iÒu nµy rÊt cã ý nghÜa v× nã cã thÓ phßng chèng c¸c bÖnh tËt vÒ ®−êng ruét, do Bifidobacterium cã kh¶ n¨ng s¶n sinh c¸c axit m¹ch ng¾n nh− axit axetic, axit lactic trong qu¸ tr×nh lªn men ®−êng. Sù gia t¨ng hµm l−îng axit sÏ cã t¸c dông gi¶m pH trong ®−êng ruét, gi÷ g×n ho¹t ®éng trao ®æi chÊt cña c¸c vi sinh vËt ®−êng ruét kh¸c æn ®Þnh, ®óng quy luËt, h¹n chÕ hoÆc ng¨n ngõa sù ph¸t triÓn cña c¸c vi sinh vËt g©y bÖnh vµ c¸c vi sinh vËt g©y thèi r÷a. ë møc ®é cao h¬n nghiªn cøu cßn chØ ra r»ng qu¸ tr×nh gi¶m pH trong ®−êng ruét cã t¸c dông trùc tiÕp phßng vµ trÞ bÖnh ung th− ruét th«ng qua viÖc ng¨n trõ sù ph¸t triÓn cña bacterium ho¹i sinh vµ øc chÕ ho¹t lùc cña c¸c enzim nh− nitroreductaza, β- glucoronidaza vµ decarboxylaza [37]. §©y lµ nh÷ng enzim tham gia qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ nit¬ t¹o c¸c s¶n phÈm trung gian cã kh¶ n¨ng g©y ung th− (nh÷ng dÉn xuÊt phenol cña tyrosin vµ tryprophan) [9]. Ngoµi ra vi khuÈn Bifidobacterium cßn cã kh¶ n¨ng t¹o vitamin, nhÊt lµ vitamin nhãm B, gi¶m cholesterol trong m¸u vµ t¸i sinh hÖ vi sinh vËt ®−êng ruét cho c¸c bÖnh nh©n sau khi dïng nhiÒu kh¸ng sinh ®iÒu trÞ bÖnh. 1.1.2.4 ¶nh h−ëng cña FOS ®Õn bÖnh s©u r¨ng BÖnh s©u r¨ng chñ yÕu lµ do vi khuÈn Streptococci ®ét biÕn vµ c¸c liªn cÇu khuÈn g©y nªn. C¸c vi sinh vËt trªn cã rÊt nhiÒu trong khoang miÖng cña ng−êi vµ ®éng vËt. Khi thøc ¨n ®−a vµo, chóng sÏ lùa chän c¸c thµnh phÇn dinh d−ìng phï hîp ®Ó lªn men, ph¸t triÓn vµ g©y bÖnh. V× vËy nÕu trong thµnh phÇn thøc ¨n cña ta kh«ng chøa hoÆc chøa Ýt chÊt thÝch hîp cho qu¸ tr×nh dinh d−ìng cña lo¹i vi sinh vËt trªn sÏ cã thÓ ng¨n ngõa ®−îc bÖnh. §Ó xÐt ¶nh h−ëng cña FOS ®Õn bÖnh s©u r¨ng ng−êi ta ®· thÝ nghiÖm trªn c¬ thÓ chuét. KÕt qu¶ cho thÊy nhãm chuét thÝ 9
nghiÖm (¨n FOS) bÞ s©u r¨ng Ýt h¬n nhiÒu so víi nhãm chuét ®èi chøng (¨n sacaroza). C¸c thÝ nghiÖm nu«i cÊy vi sinh vËt ph©n lËp tõ khoang miÖng lªn m«i tr−êng FOS ®· chøng tá c¬ chÕ vÒ kh¶ n¨ng phßng bÖnh s©u r¨ng cña nã. §ã lµ do FOS kh«ng ph¶i lµ m«i tr−êng thÝch hîp cho c¸c vi sinh vËt g©y bÖnh trªn ph¸t triÓn [31]. Ngoµi ra Ikeda. T cßn nghiªn cøu cho thÊy FOS kh«ng nh÷ng chØ cã kh¶ n¨ng phßng mµ cßn cã kh¶ n¨ng ch÷a bÖnh bÖnh s©u r¨ng [32]. V× thÕ ngµy nay nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi ng−êi ta ®· dïng FOS thay thÕ cho ®−êng kÝnh trong thµnh phÇn ¨n hoÆc trong chÕ biÕn b¸nh kÑo, ®Æc biÖt lµ b¸nh kÑo cho trÎ em ®Ó phßng bÖnh s©u r¨ng. 1.1.2.5 Vai trß thóc ®Èy qu¸ tr×nh hÊp thô caxi cña FOS NhiÒu nghiªn cøu cho thÊy, sö dông FOS cã thÓ t¨ng c−êng sù hÊp thô canxi cña tÕ bµo [39], [40]. Nhê ®Æc tÝnh nµy, FOS cã thÓ gióp cho con ng−êi phßng vµ chèng c¸c bÖnh vÒ chuyÓn ho¸ vµ bÖnh lo·ng x−¬ng. Qu¸ tr×nh thóc ®Èy hÊp thô canxi cña FOS x¶y ra trong ruét giµ [41]. C¬ chÕ thóc ®Èy trªn ch−a ®−îc x¸c ®Þnh mét c¸ch râ rµng nh−ng c¸c t¸c gi¶ ®Òu cã mét kÕt luËn chung lµ do ba yÕu tè sau [42] : ♦ §−êng FOS trong ruét giµ bÞ c¸c vi sinh vËt sinh axit lªn men, lµm gi¶m pH cña m«i tr−êng, dÉn ®Õn sù t¸i hoµ tan cña c¸c muèi canxi. ♦ Trong ruét giµ vi khuÈn Bifidobacterium lªn men m¹nh khi m«i tr−êng cã chøa FOS sinh ra c¸c axit m¹ch ng¾n, c¸c axit nµy khuyÕch t¸n vµo tÕ bµo biÓu b× thµnh ruét, tõ ®ã thóc ®Èy sù hÊp thô canxi. ♦ Sù dÞch chuyÓn FOS trong ruét giµ sÏ kÐo theo sù dÞch chuyÓn cña hîp chÊt canxi-protein, nhê ®ã canxi ®−îc tiÕp xóc nhiÒu h¬n víi c¸c tÕ bµo thµnh ruét, t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho sù hÊp thô vµo m¸u. Ngoµi canxi, FOS ®ång thêi cßn thóc ®Èy sù hÊp thô c¶ magiª[40], [41]. §iÒu nµy thóc ®Èy qu¸ tr×nh ph¸t triÓn x−¬ng, t¨ng c−êng hµm l−îng canxi trong x−¬ng. 1.1.3 TÝnh an toµn cña FOS §Ó kh¼ng ®Þnh tÝnh an toµn cña FOS ®èi víi c¬ thÓ sèng, ®· cã nhiÒu nghiªn cøu vÒ tÕ bµo vµ gen cña ®éng vËt ¨n FOS. C¸c nghiªn cøu nµy chñ yÕu tËp trung 10
®Ó tr¶ lêi c¸c c©u hái lµ khi ®éng vËt sö dông FOS cã ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng kh¸ng khuÈn cña tÕ bµo hay kh«ng? Cã g©y ra ®ét biÕn vÒ gen dÉn ®Õn sù tæng hîp ADN bÊt qui t¾c hay kh«ng? TÊt c¶ c¸c nghiªn cøu ®· ®i ®Õn kÕt luËn lµ FOS kh«ng g©y ®éc h¹i ®Õn tÕ bµo cña chñ thÓ [61]. T¸c gi¶ Clevenger M.A. cßn lµm thÝ nghiÖm trªn chuét ®Ó kiÓm tra vÒ ®éc tè cÊp tÝnh vµ m·n tÝnh còng nh− kh¶ n¨ng g©y ung th− cña FOS . KÕt qu¶ cho thÊy FOS kh«ng cã biÓu hiÖn cña c¸c ®éc tè khi cho chuét ¨n h¬n 2,17mg/kg/ngµy [11]. 1.2 øng dông cña FOS Phô thuéc vµo ®é tinh khiÕt, FOS th−¬ng phÈm chñ yÕu cã hai lo¹i lµ FOS phæ th«ng (®é tinh khiÕt tõ 45% ®Õn 60%) vµ FOS cao ®é (®é tinh khiÕt cao h¬n 75 %). §−êng FOS phæ th«ng th−êng ®−îc dïng trùc tiÕp nh− mét lo¹i thùc phÈm hoÆc nh− mét chÊt ngät bæ sung trong chÕ biÕn c¸c lo¹i thùc phÈm kh¸c. Cßn FOS cao ®é th−êng ®Ó chuyªn dïng cho c¸c ®èi t−îng m¾c bÖnh, ¨n kiªng. Ngoµi ra cßn cã lo¹i tinh khiÕt 100 % dïng cho c«ng viÖc ph©n tÝch ho¸ häc. Lo¹i cã ®é tinh khiÕt thÊp cã thÓ dïng lµm chÊt bæ sung trong m«i tr−êng nu«i cÊy vi khuÈn Bifidobacterium. Theo tµi liÖu c«ng bè th× c¬ thÓ ng−êi mét ngµy chØ cã thÓ hÊp thô 2-12g FOS, nªn viÖc dïng FOS bæ sung vµo thùc phÈm kh¸c nh− mét chÊt phô gia ®Ó t¨ng c−êng ho¹t tÝnh sinh häc cña thùc phÈm lµ øng dông ®Çu tiªn vµ quan träng cña FOS trong lÜnh vùc chÕ biÕn thùc phÈm. Do FOS cã ®Æc tÝnh lµ cã vÞ ngät, thÊp n¨ng l−îng vµ cã ho¹t tÝnh sinh häc nªn th−êng ®−îc bæ sung vµo c¸c lo¹i b¸nh, kÑo, b¸nh quy vµ c¸c s¶n phÈm cña s÷a hoÆc kÕt hîp trén lÉn vµo trong c¸c chÊt ngät kh¸c. ë NhËt B¶n FOS ®−îc dïng ®Ó bæ sung vµo h¬n 500 lo¹i thùc phÈm [65]. N¨m 1984 ë n−íc nµy ®· cã mét thÞ tr−êng réng lín cho FOS. §Õn n¨m 1990 l−îng FOS tiªu thô trong c¶ n−íc lªn ®Õn 4000 tÊn. §−êng FOS b¸n trªn thÞ tr−êng NhËt B¶n rÊt ®a d¹ng, tõ lo¹i cã hµm l−îng rÊt thÊp ®Õn lo¹i cã ®é tinh khiÕt cao ®Õn 98%, phôc vô cho nhiÒu môc ®Ých kh¸c nhau, lo¹i hµm l−îng thÊp dïng lµm chÊt kÝch thÝch trong m«i tr−êng lªn men cho vi khuÈn Bifidobacterium, chÊt cã 11