Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương từ glycoside sang aglucone

Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương từ glycoside sang aglucone, góp phần phát triển ngành thực phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thị Việt Hà
• Người hướng dẫn: TS. Trương Hương Lan
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương từ dạng glycoside sang dạng aglucone
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Nguồn gốc và sản lượng
• 1.2. Thành phần và giá trị dinh dưỡng
• 1.3. Isoflavone trong đậu tƣơng
• 1.4. Hàm lượng isoflavone trong các thực phẩm từ đậu tương
• 1.5. Quá trình trao đổi chất và hấp thụ của isoflavone ở người
• 1.6. Lợi ích của isoflavone đối với sức khỏe
• 1.7. Tính an toàn của isoflavone đậu tương
• 1.8. Sự chuyển hóa isoflavone từ glycoside sang aglucone trong đậu tƣơng
• 1.9. Sự chuyển hóa isoflavone bằng kiềm và axit
• 1.10. Sự chuyển hóa isoflavone bằng enzyme β – glucosidase
• 1.11. Vi khuẩn Bacillus subtilis
• 1.11.1. Nguồn gốc và phân loại
• 1.11.2. Đặc điểm hình thái. Đặc điểm nuôi cấy
• 1.11.3. Ứng dụng của vi khuẩn Bacillus subtilis trong lên men đậu tương
• 1.12. Một số thực phẩm giàu isoflavone trên thị trường thế giới và Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Vi sinh vật và môi trường của vi sinh vật. Dụng cụ máy móc, thiết bị
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp công nghệ
• 2.4. Phương pháp xác định số lượng tế bào vi khuẩn
• 2.5. Các phương pháp phân tích lý hóa
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone trong đậu tƣơng từ dạng glycoside sang dạng aglucone bằng chế phẩm enzyme
• 3.2. Nghiên cứu lựa chọn chế phẩm enzyme thích hợp
• 3.3. Nghiên cứu xác định các điều kiện tối ưu của enzyme Sumizyme FP thủy phân sữa đậu tương
• 3.4. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu tương giàu isoflavone dạng aglucone bằng phương pháp thủy phân với enzyme Sumizym FP
• 3.5. Nghiên cứu nâng cao hàm lượng isoflavone aglucone trong sữa đậu tƣơng bằng phương pháp lên men
• 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất dịch sữa đậu tương đến sự chuyển hóa isoflavon
• 3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống vi khuẩn đến khả năng chuyển hóa isoflavone
• 3.8. Ảnh hưởng của pH dịch lên men đến khả năng chuyển hóa isoflavone
• 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng chuyển hóa isoflavone
• 3.10. Ảnh hưởng của thời gian lên men đến khả năng chuyển hóa isoflavone
• 3.11. Ảnh hưởng của tốc độ sục khí vô trùng đến khả năng chuyển hóa isoflavone
• 3.12. Xây dựng qui trình công nghệ sản xuất sữa đậu tương giàu isoflavone dạng aglucone bằng phương pháp lên men với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis LH10
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương

Đậu tương là một nguồn thực phẩm quan trọng, chứa nhiều thành phần dinh dưỡng, đặc biệt là isoflavone. Isoflavone có tác dụng tích cực đối với sức khỏe con người, nhưng hiệu suất chuyển hóa từ dạng glycoside sang aglucone còn thấp. Việc nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone là một thách thức lớn trong ngành công nghiệp thực phẩm.

1.1. Isoflavone và vai trò của chúng trong sức khỏe

Isoflavone là các hợp chất polyphenol có cấu trúc tương đồng với estrogen. Chúng có tác dụng chống oxi hóa, giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch và ung thư. Nghiên cứu cho thấy isoflavone có thể cải thiện sức khỏe xương và giảm triệu chứng mãn kinh.

1.2. Tình trạng hiện tại của hiệu suất chuyển hóa isoflavone

Hiện tại, hiệu suất chuyển hóa isoflavone từ glycoside sang aglucone trong đậu tương còn thấp, chỉ đạt khoảng 1-5%. Điều này gây khó khăn trong việc tận dụng tối đa lợi ích sức khỏe của isoflavone.

II. Vấn đề và thách thức trong chuyển hóa isoflavone đậu tương

Chuyển hóa isoflavone từ glycoside sang aglucone gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như pH, nhiệt độ, và thời gian lên men ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chuyển hóa. Việc tìm ra các phương pháp tối ưu là cần thiết để nâng cao hiệu suất này.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hóa

Nhiệt độ, pH và thời gian lên men là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hóa isoflavone. Nghiên cứu cho thấy, điều chỉnh các yếu tố này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển hóa.

2.2. Thách thức trong việc sử dụng enzyme và vi sinh vật

Việc sử dụng enzyme và vi sinh vật trong quá trình chuyển hóa isoflavone cũng gặp nhiều khó khăn. Chọn lựa chế phẩm enzyme phù hợp và điều kiện nuôi cấy vi sinh vật là rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu.

III. Phương pháp nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương

Có nhiều phương pháp được nghiên cứu để nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone, bao gồm thủy phân bằng enzyme và lên men với vi sinh vật. Những phương pháp này đã cho thấy hiệu quả trong việc tăng cường hàm lượng isoflavone aglucone.

3.1. Thủy phân enzyme trong chuyển hóa isoflavone

Thủy phân bằng enzyme là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để chuyển hóa isoflavone. Enzyme β-glucosidase được sử dụng rộng rãi để thủy phân glycoside thành aglucone, giúp tăng cường khả năng hấp thụ của isoflavone.

3.2. Lên men với vi sinh vật Bacillus subtilis

Vi sinh vật Bacillus subtilis đã được chứng minh là có khả năng chuyển hóa isoflavone hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng chủng vi khuẩn này trong quá trình lên men có thể nâng cao hàm lượng isoflavone aglucone trong sản phẩm cuối.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về isoflavone

Nghiên cứu về chuyển hóa isoflavone đã mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành thực phẩm. Các sản phẩm từ đậu tương giàu isoflavone aglucone đang ngày càng được ưa chuộng, đặc biệt trong việc sản xuất thực phẩm chức năng.

4.1. Sản phẩm từ đậu tương giàu isoflavone

Các sản phẩm như sữa đậu nành, đậu phụ và các thực phẩm lên men từ đậu tương đang được phát triển để cung cấp hàm lượng isoflavone cao hơn. Những sản phẩm này không chỉ tốt cho sức khỏe mà còn đáp ứng nhu cầu thị trường.

4.2. Kết quả nghiên cứu và triển vọng tương lai

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone có thể mang lại lợi ích lớn cho sức khỏe cộng đồng. Tương lai của ngành công nghiệp thực phẩm sẽ tiếp tục phát triển các sản phẩm giàu isoflavone, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng ngày càng cao.

V. Kết luận và hướng đi tương lai cho nghiên cứu isoflavone

Việc nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone từ đậu tương là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Các giải pháp như thủy phân enzyme và lên men vi sinh vật đã cho thấy hiệu quả, nhưng cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình.

5.1. Tóm tắt các giải pháp đã nghiên cứu

Các giải pháp như sử dụng enzyme và vi sinh vật đã được nghiên cứu và áp dụng thành công. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để cải thiện hiệu suất chuyển hóa và mở rộng ứng dụng.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm từ đậu tương. Điều này sẽ giúp tăng cường giá trị dinh dưỡng và sức khỏe cho người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Từ nhiều thế kỷ nay, đậu tƣơng đã trở thành cây trồng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống của con ngƣời nhƣ một nguồn thực phẩm. Các sản phẩm từ đậu tƣơng đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới với diện tích canh tác và sản lƣợng đậu tƣơng hàng năm liên tục tăng. Nhiều nghiên cứu cho thấy đậu tƣơng tốt cho sức khỏe con ngƣời nhờ có chứa thành phần isoflavone. Một số hoạt tính sinh lý của isoflavone đã đƣợc tìm thấy liên quan đến sự điều chỉnh hormone nhƣ cải thiện các hội chứng tiền mãn kinh 37 và tăng mật độ xƣơng ở phụ nữ mãn kinh 42.

Isoflavone cũng làm giảm các nguy cơ mắc các bệnh tim mạch mãn tính ở ngƣời bằng cách làm giảm nồng độ LDL- cholesterol huyết thanh nhờ hoạt tính chống oxi hóa của chúng 78. Ngoài ra, trong những nghiên cứu về ung thƣ, các isoflavone đƣợc tìm thấy có khả năng làm giảm tỷ lệ tử vong do ung thƣ vú và hữu ích trong điều trị ung thƣ tiền liệt tuyến 72. Hàm lƣợng isoflavone trong đậu tƣơng nằm trong khoảng từ 50 – 3,000µg/g 33 và tồn tại ở hai dạng chính là glycoside và aglucone. Dạng glycoside đƣợc cho là hấp thụ hạn chế trong hệ tiêu hóa ngƣời do có trọng lƣợng phân tử lớn nhƣng lại chiếm tới trên 90% isoflavone tổng số 32.

Trong khi đó, dạng aglucone đƣợc hấp thụ nhanh hơn với hàm lƣợng lớn hơn so với dạng glycoside tƣơng ứng nhƣng chỉ chiếm nồng độ rất thấp (từ 1 – 5% isoflavone tổng số) 30. Mặc dù, các isoflavone dạng glycoside cũng đƣợc thủy phân một phần thành aglucone bởi nƣớc bọt và sau đó bởi vi sinh vật đƣờng ruột nhƣng hiệu suất chuyển hóa thấp, phụ thuộc lớn vào tình trạng sức khỏe, chế độ ăn, giới tính,… Theo Wang và cộng sự (1994) 67, các sản phẩm đậu tƣơng truyền thống nhƣ miso, natto (Nhật Bản), Kinema (Nepal), Thuanao (Thái Lan), Chungnkookjang (Hàn Quốc), tempeh (Indonesia)… có hàm lƣợng aglucone cao hơn đáng kể so với các sản phẩm đậu tƣơng không lên men. Nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng sự chuyển hóa isoflavone dạng glycoside sang aglucone đƣợc thực hiện nhờ quá trình nảy mầm đậu tƣơng 61, thủy phân bằng enzyme thƣơng mại 49, 58 và 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyễn Thị Việt Hà Luận văn thạc sỹ khoa học quá trình lên men với vi sinh vật. Một số vi sinh vật đã đƣợc sử dụng để lên men sữa đậu tƣơng nhƣ các chủng vi khuẩn lactic, các chủng vi khuẩn Bifidobacterium, Bacillus subtilis natto 15, 51, 36, 61.

Trong những nghiên cứu này, enzyme - glucosidase đƣợc coi là enzyme chìa khóa, chịu trách nhiệm cho quá trình chuyển hóa isoflavone từ dạng glycoside sang aglucone. Do vậy, nâng cao hàm lƣợng isoflavone dạng aglucone trong các sản phẩm từ đậu tƣơng đang trở thành một hƣớng nghiên cứu mới của ngành công nghiệp thực phẩm. Xuất phát từ mục đích làm nguyên liệu cho sản xuất thực phẩm chức năng giàu isoflavone có tác dụng giảm nồng độ cholesterol trong máu, cải thiện sắc đẹp và sức khỏe cho phụ nữ đặc biệt phụ nữ ở thời kỳ mãn kinh, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương từ dạng glycoside sang dạng aglucone”. Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm 02 phần chính nhƣ sau: 1.

Nghiên cứu nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương từ dạng glycoside sang dạng aglucone bằng quá trình thủy phân sữa đậu tương với chế phẩm enzyme  - glucosidase thương mại. Nghiên cứu nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương từ dạng glycoside sang dạng aglucone bằng quá trình lên men sữa đậu tương với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis LH10. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyễn Thị Việt Hà Luận văn thạc sỹ khoa học CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nguồn gốc và sản lượng Đậu tƣơng (Glycine max (L) Merrill) còn gọi là đỗ tƣơng hay đậu nành thuộc chi Glycine, họ Đậu Leguminosae và có nguồn gốc từ Trung Quốc cách đây khoảng 4.

Từ nhiều thế kỷ trƣớc, đậu tƣơng đã chiếm vị trí quan trọng trong đời sống của ngƣời dân Đông Nam Á nhƣ một nguồn thực phẩm. Tuy nhiên, đậu tƣơng và các sản phẩm chế biến từ đậu tƣơng mới chỉ đƣợc giới thiệu chính thức với xã hội phƣơng Tây từ đầu thế kỷ 20. Cây và hạt đậu tƣơng Ngày nay, đậu tƣơng trở nên phổ biến trên toàn thế giới và thu hút sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà nghiên cứu nhờ vào giá trị dinh dƣỡng cũng nhƣ các hoạt tính sinh học của chúng đối với sức khỏe con ngƣời. Năm 2010, tổng diện tích đất canh tác đậu tƣơng của thế giới khoảng 102,4 triệu hecta với tổng sản lƣợng đạt 261,6 triệu tấn trong đó Hoa Kỳ, Braxin và Argentina là 3 quốc gia ở vị trí dẫn đầu 23.

Cùng trong năm 2010, diện tích canh tác đậu tƣơng ở nƣớc ta đạt 197,8 nghìn hecta với tổng sản lƣợng là 296,9 nghìn tấn 1. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyễn Thị Việt Hà Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng 1. Sản lƣợng đậu tƣơng của thế giới năm 2010 23 Nƣớc Sản lƣợng Tỷ lệ (triệu tấn) (%) Hoa Kỳ 90,6 34,6 Braxin 68,5 26,2 Argentina 52,7 20,1 Trung Quốc 15,1 5,8 Ấn Độ 9,8 3,7 Paraguay 7,5 2,9 Các nƣớc khác 17,4 6,7 Tổng số 261,6 100 1. Thành phần và giá trị dinh dưỡng Trong số các cây họ Đậu, đậu tƣơng chứa nhiều thành phần dinh dƣỡng có lợi cho sức khỏe.

Đặc điểm độc đáo của chúng là tất cả các bộ phận của cây nhƣ thân, lá và hạt đều đƣợc sử dụng làm thực phẩm hoặc thức ăn gia súc. Các thành phần dinh dƣỡng của hạt đậu tƣơng bao gồm hàm lƣợng phong phú của protein (38-40%) và chất béo (18-20%), trong đó các axít linoleic và axít linolenic chiếm hàm lƣợng cao. Ngoài ra, hạt đậu tƣơng có chứa khoảng 30% carbohydrate, trong đó 15% carbohydrate hòa tan (sucrose, raffinose và stachyose) và 15% carbohydrate không hòa tan (các polysaccharide phức tạp) 40. Các thành phần khác gồm hàm lƣợng khác nhau của isoflavone, hàm lƣợng cao của muối khoáng nhƣ sắt, canxi, kẽm, các vitamin - tocopherol (vitamin E), niacin (vitamin B3), pyridoxine và folacine (bảng 1.

Tuy nhiên, đậu tƣơng cũng có khá nhiều các chất phản dinh dƣỡng nhƣ saponin, phospholipid, các chất ức chế protease, phytase và các chất ức chế trypsine. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyễn Thị Việt Hà Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng 1. Thành phần dinh dƣỡng của đậu tƣơng (100g) 66 Thành phần Đơn vị Hàm lƣợng Thành phần Đơn vị Hàm lƣợng Nƣớc g 8,5 Na mg 2,0 Năng lƣợng Kcal 416 Zn mg 4,9 Protein g 36,5 Cu mg 1,7 Lipid tổng số g 19,9 Mn mg 2,52 Axit béo bão hòa g 2,9 Se mg 17,8 Axit béo chƣa no g 15,7 Vitamin C mg 6,0 Carbohydrate g 30,2 Vitamin B1 mg 0,874 Xơ g 9,3 Vitamin B2 mg 0,87 Tro g 4,9 vitamin B3 mg 1,62 Isoflavone mg 200 Vitamin B5 mg 0,79 Ca mg 277 Vitamin B6 mg 0,38 Fe mg 15,7 Axit folic µg 375 Mg mg 280 Vitamin B12 µg 0 P mg 704 Vitamin A µg 2,0 K mg 1797 Vitamin E mg 1,95 1. Protein Đậu tƣơng là nguồn protein quan trọng thứ 2 sau đậu lupin đối với cộng đồng ngƣời ăn chay toàn cầu.

Hàm lƣợng protein trong đậu tƣơng thƣơng phẩm chứa xấp xỉ 38 - 40% trọng lƣợng khô, phụ thuộc vào các yếu tố di truyền, điều kiện môi trƣờng và kỹ thuật canh tác. Đậu tƣơng đạt tới trên 50% hàm lƣợng protein cũng đã đƣợc báo cáo 66. Tuy nhiên, do mối quan hệ ngƣợc giữa hàm lƣợng protein và năng suất nên có rất ít giống đậu tƣơng vừa đạt hàm lƣợng protein cao đồng thời năng suất cũng cao. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyễn Thị Việt Hà Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng 1.

Thành phần protein của đậu tƣơng 50, 26 Thành phần Đơn vị Khoảng hàm Hàm lƣợng lƣợng trung bình Protein % 30 – 50 40 g/100g Axít amin Các Axít amin không thiết yếu Alanine 1,49 – 1,87 1,69 Arginine 2,45 – 3,49 2,9 Axít Aspartic 3,87 – 4,98 4,48 Axít glutamic 6,10 – 8,72 7,26 Glycine 1,88 – 2,02 1,69 Cysteine 0,56 – 0,66 0,60 Proline 1,88 – 2,61 2,02 Serine 1,81 – 2,32 2,07 Các axít amin thiết yếu Histidine 0,89 – 1,08 1,04 Isoleucine 1,46 – 2,12 1,76 Leucine 2,71 – 3,20 3,03 Lysine 2,53 – 2,86 2,58 Methionine 0,49 – 0,66 0,54 Phenyalanine 1,70 – 2,08 1,95 Threonine 1,33 – 1,79 1,58 Tryptophan 0,47 – 0,54 0,49 Tyrosine 1,12 – 1,62 1,43 Valine 1,52 – 2,24 1,83 Hầu hết các protein có mặt trong đậu tƣơng là globulin, dạng protein dự trữ. Dựa vào hệ số lắng, globulin đƣợc phân chia thành các loại 2S, 7S, 11S và 15S. Trong đó, loại 11S (glycinin, chỉ có một thành phần protein) và 7S (-conglycinin, một 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyễn Thị Việt Hà Luận văn thạc sỹ khoa học glycoprotein phức tạp) cùng nhau chiếm khoảng 65 – 80% tổng trọng lƣợng protein của hạt. Lipid Trong suốt quá trình phát triển của hạt, đậu tƣơng dự trữ lipid của chúng trong các tổ chức gọi là hạt dầu và chủ yếu là dạng triglyxerit.

Ngoài protein, hạt đậu tƣơng chứa đến 20% lipid. Đây là một nguồn phong phú của các axit béo thiết yếu nhƣ axít linoleic (53%) và axít α-linolenic (8%). Axít linoleic và axít linolenic cũng đƣợc gọi là các axit béo omega 6 (n-6) và omega 3 (n-3) bởi sự có mặt của một liên kết đôi ở vị trí carbon số 6 và số 3 của mỗi axít béo tƣơng ứng. Hai axít béo này cần thiết cho con ngƣời bởi vì cơ thể chúng ta không thể tự tổng hợp đƣợc mà cần phải cung cấp qua con đƣờng thức ăn.

Quan trọng nhất là chúng có liên quan đến quá trình sinh tổng hợp của prostaglandin, một thành phần chìa khóa của các mô thần kinh não bộ, mô thị giác và mô sinh sản. Đặc biệt, hầu hết các axít béo trong đậu tƣơng và các dẫn xuất của chúng là chƣa bão hòa (85%), vì vậy rất nhạy cảm với các phản ứng oxi hóa 35. Sự hấp thụ axít linoleic và axít linolenic trong chế độ ăn cần phải đƣợc cân bằng và tỷ lệ (n-6)/(n-3) nên dao động quanh 5:1 vì gần với tỷ lệ trong màng tế bào ngƣời 34. Sự mất cân đối trong tỷ lệ n-6/n-3 đƣợc cho là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh mãn tính nhƣ tiểu đƣờng, tim mạnh và loãng xƣơng 59.

Tỷ lệ (n-6)/(n-3) của một số loại dầu thực vật đƣợc trình bày ở bảng 1.4, trong đó chỉ có tỷ lệ tƣơng ứng của hạt đậu tƣơng ở mức xấp xỉ với giá trị lý tƣởng. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyễn Thị Việt Hà Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng 1.