Tổng quan về chế biến thực phẩm chức năng từ bã đậu nành và cám gạo

Trong bài viết sau đây, tailuanvan.com xin chia sẻ đến bạn nội dung tổng quan về chế biến thực phẩm chức năng từ bã đậu nành và cám gạo.

1. Thực phẩm chức năng

Một số khái niệm về thực phẩm chức năng[35]:

Cho đến nay chưa có một tổ chức quốc tế nào đưa ra định nghĩa đầy đủ về thực phẩm chức năng, mặc dù đã có nhiều Hội nghị quốc tế và khu vực về thực phẩm chức năng. Gần đây các định nghĩa về thực phẩm chức năng được đưa ra nhiều hơn và có xu hướng gần thống nhất với nhau.

Hiệp Hội thông tin thực phẩm quốc tế (International Food Information Council), định nghĩa: “Thực phẩm chức năng là thực phẩm mang đến những lợi ích cho sức khỏe vượt xa hơn dinh dưỡng cơ bản”.

Hiệp Hội nghiên cứu thực phẩm Leatherhead (châu Âu): “Thực phẩm chức năng là thực phẩm được chế biến từ thức ăn thiên nhiên, được sử dụng như một phần của chế độ ăn hàng ngày và có khả năng cho một tác dụng sinh lý nào đó khi được sử dụng”.

Bộ Y tế Việt Nam: Thông thư số 08/TT-BYT ngày 23/8/2004 về việc “Hướng dẫn việc quản lý các sản phẩm thực phẩm chức năng” đã đưa ra định nghĩa: “Thực phẩm chức năng là thực phẩm dùng để hỗ trợ chức năng của các bộ phận trong cơ thể người, có tác dụng dinh dưỡng, tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ gây bệnh”.

Khái quát lại có thể đưa ra một định nghĩa như sau: “Thực phẩm chức năng (TPCN) là thực phẩm (hoặc sản phẩm) dùng để hỗ trợ (phục hồi, duy trì hoặc tăng cường) chức năng của các bộ phận trong cơ thể, có tác dụng dinh dưỡng, tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ bệnh tật”.

2. Nguyên liệu sử dụng trong đề tài

2.1. Bã đậu nành

Bã đậu nành hay còn được gọi là okara hoặc soy-pulp (okara đã trở thành thuật ngữ quốc tế để gọi bã đậu nành) là phần bã và các chất dinh dưỡng khác không tan trong nước còn lại sau khi đã tách khỏi dịch các chất tan hoặc huyền phù trong nước, của công nghiệp sản xuất sữa đậu nành hay đậu hũ [9].

Bã đậu nành có màu trắng hay trắng ngà, thường nằm trên mặt lưới lọc sữa đậu nành, sau sấy khô có màu vàng, chứa một lượng lớn protein (chiếm khoảng 50% protein tinh chất), carbohydrate, lipid, có cả calci, sắt, riboflavin [9].

Thành phần bã đậu nành

Ở Việt nam, theo các thông tin của công ty sữa Vinamilk cung cấp cho Viện Sinh học Nhiệt đới, nơi có công nghệ sản xuất sữa đậu nành tận thu bã đậu nành hiện đại của nước ngoài thì bã đậu nành có thành phần như sau[19]:

Bã đậu nành dạng bột có hàm ẩm: 6,7%; đạm: 36,43%; xơ: 1,99% và chất béo: 10,59%.

Tại công ty Tribeco theo quy trình sản xuất sữa đậu nành lọc sữa 1 lần chỉ thu được khoảng 50% protein của hạt đậu nành. Từ 1kg đậu nành thu được 1,5kg bã đậu nành ướt (sau ly tâm), chứa khoảng 20% chất khô. Bã ướt là dạng phế liệu cuối cùng của công nghệ sản xuất sữa đậu nành và mới chỉ được sử dụng cho chăn nuôi[11].

Trong qui trình xay xát và chế biến gạo, sau khi thu được sản phẩm chính là gạo thì còn một sản phẩm phụ chiếm khoảng 65% chất dinh dưỡng của gạo, có giá trị sử dụng khá cao nhưng giá thành lại rất thấp đó chính là cám gạo.

Cám gạo là hỗn hợp các lớp vỏ ngoài của hạt gạo và lớp aleurone thường có dạng bột, mềm và mịn.

Hàng năm trên thế giới có khoảng 40–45 triệu tấn cám gạo được sản xuất, trong đó 90% là nằm ở châu Á[36], [37].

2.2. Chất xơ và vai trò của chất xơ trong bã đậu nành và cám gạo

Chất xơ gồm các phần còn lại của tế bào thực vật, các polysaccharide, lignin và các chất liên quan chịu được sự thủy phân của các enzyme trong hệ tiêu hóa người. Tùy theo độ phân tán trong nước mà chất xơ được chia thành hai loại là tan và không tan. Tất cả các thức ăn có nguồn gốc từ thực vật đều có cả hai loại chất xơ này.

Trong bã đậu nành hàm lượng xơ không tan chiếm đa số, các xơ tan thì chiếm với hàm lượng thấp. Chất xơ trong cám gạo có thể từ lớp aleurone, những lớp vỏ bên ngoài của cám gạo và cũng có thể từ các chất bẩn trên vỏ gạo (cellulose, lignin và silica)[41].

Xơ không tan:chủ yếu là cellulose, ngoài ra còn có hemicellulose, lignin, cutin…Chất xơ không hòa tan có đặc tính thẩm thấu nước trong ruột,trương lên tạo điều kiện cho chất bã thải dễ thoát ra ngoài.

Cellulose: là polysaccharide chủ yếu của thành tế bào thực vật, được cấu tạo bởi các β-D glucose-pyranose, các thành phần này liên kết với nhau bởi liên kết glucose. Cellulose không tan trong nước (cả nước nóng và nước lạnh), tan trong acid và kiềm. Khi đun sôi với acid sulfuric đậm đặc, cellulose sẽ chuyển thành glucose còn khi thủy phân trong điều kiện nhẹ nhàng sẽ tạo nên disaccharide cellobiose.Cellulose không có ý nghĩa về mặt dinh dưỡng của người vì không tiêu hóa được ở ống tiêu hóa.

Hemicellulose: là nhóm polysaccharide không tan được trong nước, chỉ tan được trong dung dịch kiềm. Hemicellulose cũng là thành phần của thành tế bào thực vật và tồn tại chủ yếu ở các phần như vỏ hạt, bẹ ngô, cám, rơm rạ, trấu. Khi thủy phân hemicellulose sẽ thu được các monosaccharide thuộc nhóm hexose (như manose, galactose) và nhóm pentose (như arabinose, xilose).

Xơ tan: gồm pectin, β-glucan, galactose, mannan, gum… Chất xơ hòa tan khi đi qua ruột sẽ tạo ra thể đông làm chậm quá trình hấp thu một số chất dinh dưỡng vào máu, và cũng làm tăng độ xốp, mềm của bã thải tiêu hóa.

Pectin: là polysaccharide có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây. Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng: dạng protopectin không tan (tồn tại chủ yếu ở thành tế bào) và dạng hòa tan của pectin (tồn tại ở dịch tế bào). Dưới tác dụng của acid, enzyme protopectinase hoặc khi đun sôi, protopectin chuyển sang dạng pectin hòa tan.

Vài năm trở lại đây, nhiều nghiên cứu đã đưa ra bằng chứng về những tác dụng đáng kể của chất xơ trong việc phòng và chữa bệnh. Tác dụng phòng và điều trị của chất xơ chủ yếu tập trung vào các chứng bệnh mạn tính như: phòng ngừa táo bón, phòng ngừa bệnh ung thư, giảm mỡ máu, phòng ngừa và điều trị tiểu đường, chống béo phì, điều trị sỏi mật[27].

2.3. Những nghiên cứu và ứng dụng của bã đậu nành và cám gạo

Theo các dữ liệu trên thì trong thành phần bã đậu nành còn lại một lượng lớn protein và xơ không tan, đây là thành phần khó hấp thu trong hệ tiêu hóa.

Trong cám có lượng dinh dưỡng rất cao lại cân đối với nhiều lọai vitamin và chất béo tốt, có nhiều xơ dễ tiêu, được xem là rất tốt cho cả con người tuy nhiên các nhóm béo chưa no của cám rất dễ bị oxi hóa tạo mùi hôi khó chịu chỉ trong vài giờ sau khi chế biến, thêm vào đó do công nghệ xay xát gạo chưa cao lại ít được đầu tư theo hướng thu cám sạch nên cám thường lẫn rất nhiều loại tạp chất.Do vậy, bã đậu nành và cám thường chủ yếu được dùng làm thức ăn cho các loại gia súc và thủy sản.

Trong những năm gần đây chỉ có một số ít công trình nghiên cứu sử dụng bã đậu nành như:

Vũ Văn Độ và các cộng tác viên nghiên cứu dùng nấm sợi của các loại nấm lớn (Linh chi – Ganoderma lucidum, Bào ngư – Pleurotus florida) xử lý okara để chế biến bánh biscuit, trà túi lọc…[7].

Lê Chiến Phương và các cộng tác viên (2004) xử lý okara bằng nấm mốc Mucor và vi khuẩn Lactic[16].

Ngô Đại Nghiệp dùng Asp.oryzae chế biến okara thành tương xay.

Lại Mai Hương và các cộng tác viên dùng enzyme kết hợp với phương pháp cơ học xử lý cellulose trong okara để sản xuất chế phẩm giàu chất xơ bổ xung vào một số thực phẩm [9].

Và vẫn chưa có sản phẩm nào trong các sản phẩm nêu trên được triển khai ở quy mô sản xuất thử.

Riêng cám gạo,hiện nay trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu, thử nghiệm và sản xuất tạo các sản phẩm thực phẩm chức năng như BioBran MGN-3 hay Lentinplus, nhờ các loại enzyme từ nấm Đông cô (Shiitake mushroom) thủy phân các polysaccharide thành hemicellulose arabinoxylan có hoạt tính miễn dịch, phòng chống ung thư hiệu quả[24],[25],[39].

3. Các chủng vi sinh vật sử dụng trong đề tài

3.1. Nấm linh chi

Hệ thống phân loại

Ngành: Mycota

Ngành phụ: Basidiomycota 

Lớp: Hymenomycetes 

Bộ: Aphyllophorales 

Họ: Ganodermataceae 

Giống: Ganoderma 

Loài: Ganoderma lucidum

Đặc tính sinh học

Nấm Linh chi đã nổi tiếng từ ngàn xưa ở các nước Á Đông, phiên âm theo tiếng Trung Quốc gọi là Lingzhi, theo tiếng Nhật là reishi, ở Việt Nam thì hay gọi là nấm Lim. Nấm Linh chi còn có nhiều tên gọi khác như: Bất lão thảo, Vạn niên nhung, Mộc Linh chi… nhưng tên Linh chi có lẽ mang tính tiêu biểu và được sử dụng phổ biến hơn cả (tên Linh chi chính thức được sử dụng trong sách “Thần nông bản thảo” cách đây hơn 2000 năm).

Linh chi thường mọc ký sinh trên các cây gỗ trong nhiều năm. Cây gỗ bộ Đậu (Fabales) là những cây chủ ưa thích của chúng, ta thường gặp Linh chi trên các cây Lim, phượng vĩ, so đũa và một số loài cây khác đã chết, mục hoặc cả trên cây sống như xoài, mít, mãng cầu, phi lao, dừa…

Vòng đời sinh sản của nấm Linh chi

Phần sinh sản là một lớp ống dày từ 0,2-1,7cm gồm các ống nhỏ, thẳng, miệng tròn, đảm mang 4 đảm bào tử hình trứng. Thực chất đó là do màng phủ lỗ nảy mầm phồng căng hay lõm thụt vào mà thành. Bào tử đảm có cấu trúc vỏ kép, lõm ở đầu, màu vàng mật ong sáng, kích thước 5-6 x 8,5-12µm.

Các bào tử đảm đơn bội khi gặp điều kiện thuận lợi, nảy mầm tạo ra hệ sợi sơ cấp (primary hyphae). Hệ sợi sơ cấp đơn nhân đơn bội nhanh chóng phát triển, phối hợp với nhau tạo ra hệ sợi thứ cấp hay còn gọi là hệ sợi song hạch, phân nhánh rất mạnh tràn ngập khắp giá thể. Lúc này, thường có hiện tượng hình thành bào tử vô tính màng dày dễ rụng và khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ cho ra hệ sợi song hạch tái sinh. Tiếp sau đó là giai đoạn phân hóa hệ sợi: các hệ sợi nguyên thủy hình thành các sợi cứng màng dài, ít phân nhánh bện kết lại thành cấu trúc bó được cố kết bởi các sợi bện phân nhánh rất mạnh. Từ đó hình thành các mầm nấm màu trắng mịn vươn dài thành các trụ tròn mập. Phần đỉnh trụ bắt đầu xòe tán, lớp vỏ láng đỏ cam xuất hiện. Tán lớn dần hình thành bào tầng và phát tán bào tử đảm liên tục cho đến khi nấm già sẫm màu, khô tóp và lụi dần trong vòng 3-4 tháng[17].

Dược tính của nấm linh chi

Số lượng các chủng loại nấm Linh chi được sử dụng trong công nghệ dược liệu, dược phẩm ngày càng tăng. Vào thập niên 70-80, bắt đầu một trào lưu khảo cứu hóa dược học các nấm Linh chi.Một số loài Linh chi đã được phân chất trong đó có G.lucidum… với các nhóm hoạt chất steroid, triterpenoid, và polysaccharide.

Từ những năm 1980 đến nay, bằng các phương pháp hiện đại: phổ kế UV, IR… đặc biệt là sắc ký lỏng cao áp (HPLC) và phổ kế plasma (ICP), đã được xác định chính xác gần 100 hoạt chất và dẫn xuất trong nấm Linh chi. 

Công dụng của nấm linh chi

Từ xưa đến nay, ở các nước như Trung Quốc, Nhật Bản và một số nước châu Á khác đã sử dụng nấm Linh chi để giúp tăng cường sức khỏe và kéo dài tuổi thọ của con người.

Trong Dược điển Trung Quốc xuất bản vào năm 2000 đã công bố nấm Linh chi có tác dụng giảm căng thẳng, giảm ho và hen suyễn, được sử dụng để điều trị chóng mặt, mất ngủ, hồi hộp và khó thở.

Ngày nay, nấm Linh chi còn được biết đến với tác dụng phòng và chống ung thư, kháng khuẩn, chống nấm, kháng virus (đặc biệt tốt trong điều trị mụn giộp và HIV), chống viêm, tăng cường khả năng miễn dịch và giúp kéo dài tuổi thọ.

Trước những lợi ích mà nấm Linh chi mang lại, hiện nay nấm Linh chi đã được sử dụng trong việc phát triển những phương thuốc điều trị bệnh hoặc các loại thực phẩm chức năng. Đã có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành trên động vật, trong các mô hình nuôi cấy tế bào trong các ống nghiệm và đã chứng minh được những tác động tích cực của nấm linh chi đối với sức khoẻ con người[40].

Enzyme cellulase của nấm Linh chi

Cellulose là thành phần cơ bản của thực vật, và chúng được thực vật tổng hợp với số lượng nhiều nhất. Trong tự nhiên cellulose chỉ bị phân giải bởi vi sinh vật có khả năng tiết enzyme cellulase. Hệ thống cellulase được phân loại dựa trên phương thức thủy phân và đặc điểm cấu trúc của chúng:

Exo-1,4-β-glucanase (EC.3.2.1.91.): enzyme cắt đầu không khử của chuỗi cellulose để tạo thành cellobiose. Enzyme này không có khả năng phân giải cellulose dạng kết tinh mà chỉ làm thay đổi tính chất hóa lý của chúng, giúp cho enzyme endo 1,4-β glucanase phân giải chúng. Enzyme này còn có các tên gọi khác như: exocellulase,cellobiohydrolase, exoglucanase, cellobiosidase.

Endo 1,4-β-D glucanase (EC 3.2.1.4): enzyme này tham gia phân giải liên kết β-1,4 glucosid trong cellulose, trong lichenin và β-D-glucan. Sản phẩm của quá trình phân giải là cellodextrin, cellobiose và glucose. Enzyme này còn có các tên gọi khác như: endoglucanase, C-cellulase, 1,4-β-D-glucan-4.

β-D glucoside glucohydrolase (EC3.2.1.21): thủy phân cellodextrin hòa tan và cellobiose thành glucose. Chúng còn được gọi là cellobiase và β-glucosidase[12],[30].

3.2. Bacillus amyloliquefaciens và Bacillus natto

Hệ thống phân loại

Giới: Bacteria

Ngành: Firmicutes

Lớp: Bacilli

Bộ: Bacillales

Họ: Bacillaceae

Giống: Bacillus

Loài: Bacillusamyloliquefaciens Bacillus natto[49]

Phân bố và điều kiện sống

Bacillus có mặt khắp mọi nơi trong tự nhiên, chúng có nhiều trong rơm cỏ nên còn gọi là “trực khuẩn rơm cỏ”. Chúng còn phân bố trên bề mặt các loại hạt và các sản phẩm được chế biến từ các loại hạt đó.Trong các sản phẩm thực phẩm truyền thống như mắm, tương, cơm mẻ (cơm lên men chua), natto,… chúng cũng có mặt và có vai trò đáng kể trong quá trình biến đổi sinh học.

Hầu hết các loài thuộc chi Bacillus sống hiếu khí hay hiếu khí tùy tiện. Chúng có mức độ thích nghi cao. Phần lớn Bacillus là vi khuẩn ưa nhiệt với nhiệt độ tối thích từ 30–450C, một số chịu nhiệt lên tới 650C hoặc ưa lạnh từ 5-250C nhưng thường gặp Bacillus sống ở nhiệt độ 34-370C. Bacillus sinh trưởng trong khoảng pH rộng từ 2–11. Chúng sinh trưởng tốt ở pH = 7.

Hình thái

Bacillus là trực khuẩn nhỏ, thẳng, có kích thước 0,5-2,5 x 1,2-10μm, thường xếp thành cặp đôi hay chuỗi ngắn, hai đầu tế bào tròn hoặc hơi vuông. Bào tử hình bầu dục có kích thước 0,6–0,9μm, không phân bố theo một nguyên tắc chặt chẽ nào – lệch tâm hoặc gần tâm nhưng không chính tâm[26].

Bacillus là trực khuẩn Gram dương, hiếu khí, khi còn non di động bằng tiên mao; về già, tiên mao rụng nên mất khả năng di động. Khuẩn lạc khô hoặc nhớt, vô màu hay có màu trắng xám nhạt, hơi nhăn hay tạo thành lớp màng mịn lan trên bề mặt thạch, có mép nhăn, mép lồi lõm nhiều hay ít, bám chặt vào mặt thạch.

Cấu trúc

Như hầu hết các vi khuẩn Gram dương khác, cấu trúc bề mặt của Bacillus khá phức tạp và có các đặc tính kết dính và chống chịu điều kiện khắc nghiệt cao. Bề mặt tế bào được cấu tạo bởi các lớp giáp mạc, lớp bề mặt có tính chất protein (S-layer), một vài lớp lót peptidoglycan và các protein trên mặt ngoài của màng tế bào.

S-layers

Hiện diện trong một số thành viên của giống Bacillus. Chức năng chưa được xác định một cách rõ ràng, nhưng dường như có liên quan đến tính kết dính của vi khuẩn.

Giáp mạc (capsules)

Thành phần hóa học của lớp vỏ nhầy ở các vi khuẩn khác nhau cũng khác nhau, thường là được tạo nên từ các polysaccharide, nitrogen, phosphorite và có thể có cả polypeptide, nhưng thành phần chủ yếu vẫn là nước (98%), có nhiệm vụ như một hàng rào thẩm thấu để bảo vệ tế bào chống lại quá trình khô.

Vách tế bào

Vách tế bào rất mỏng (100-200Å) và trong suốt không màu. Vách tế bào có tính chất đàn hồi và có độ bền rất lớn, có thể chịu được áp suất cao. Thành phần hóa học chủ yếu là glucid, một số chất béo, protide và các acid amin. Thành phần hóa học thay đổi tùy loại vi khuẩn và môi trường sống.

Tiên mao (flagella)

Hầu hết các vi khuẩn tạo bào tử hiếu khí đều di động nhờ vào các tiên mao, là các sợi lông rất mảnh mọc trên những phần xác định của tế bào vi khuẩn. Nó có cấu trúc là protid. Chiều dài tiên mao thường bằng chiều dài tế bào, nhưng cũng có thể dài hơn tùy từng loại vi khuẩn. Số lượng và vị trí tiên mao ở các tế bào vi khuẩn khác nhau ở mỗi loài. Tiên mao có thể mọc ở một đầu, mọc ở hai đầu, mọc xung quanh…[44].

Sự hình thành bào tử

Một trong những đặc điểm quan trọng của Bacillus là khả năng tạo bào tử trong những điều kiện nhất định[6].

Sự hình thành bào tử: vào cuối thời kỳ sinh trưởng phát triển sẽ sinh ra bên trong tế bào một thể nghỉ có dạng hình cầu hay hình bầu dục được gọi là bào tử hay nội bào tử. Bào tử có tính kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hoá chất, kháng áp suất thẩm thấu. Trong thời kỳ nghỉ, bào tử vi khuẩn ở trạng thái sống ẩn (cryptopiosis). Bào tử có thể giữ sức sống từ vài năm đến vài chục năm. Đã có những chứng cứ về việc duy trì sức sống 200-300 năm của bào tử Bacillus.

Các tế bào sinh bào tử khi gặp điều kiện cạn kiệt thức ăn hoặc có tích lũy các sản phẩm trao đổi chất có hại sẽ bắt đầu thực hiện quá trình hình thành bào tử. Về mặt hình thái, có thể chia quá trình hình thành bào tử ra thành các giai đoạn:

Hình thành những búi chất nhiễm sắc.

Tế bào bắt đầu phân cắt không đối xứng, tạo ra một vùng nhỏ gọi là tiền bào tử.

Tiền bào tử hình thành hai lớp màng, tăng cao tính kháng bức xạ.

Lớp vỏ sơ khai hình thành giữa hai lớp màng của bào tử sau khi đã tích lũy nhiều PG và tổng hợp DPA, tích lũy calci. Tính chiết quang tăng cao.

Kết thúc việc hình thành áo bào tử.

Kết thúc việc hình thành vỏ bào tử, bắt đầu có tính kháng nhiệt.

Bào nang vỡ ra, bào tử thoát ra ngoài.

4. Sấy chân không

Nguyên lý

Phương pháp sấy chân không phụ thuộc vào áp suất điểm sôi của nước. Ở một áp suất nhất định nước sẽ có một điểm sôi nhất định, nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đây nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, hình thành nên một dòng ẩm chuyển động theo hướng từ trong ra bề mặt vật[42].

Hệ thống sấy chân không

Hệ thống sấy chân không gồm buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không.

Vật sấy được cho vào trong buồn kín, sau đó buồng này được hút chân không. Lượng ẩm trong vật được tách ra khỏi vật và được hút ra ngoài[43].

Ưu điểm

Sấy chân không được dùng để sấy các vật liệu, dược liệu quý hiếm như các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm, các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt độ thấp.

Giữ được các tính chất đặc trưng ban đầu: tính chất sinh học, màu sắc, hương vị, hình dạng của sản phẩm[42].