Đặt vấn đề Tỏi là một vị thuốc có nhiều tác dụng sinh học quý nhƣ tăng cƣờng miễn dịch, chống cúm, điều hòa mỡ máu, kháng oxy hóa, chống lão hóa, phòng chống ung thƣ, chống các virus, vi khuẩn…nhƣng nhƣợc điểm của tỏi là gây mùi hăng và khó bảo quản. Để khắc phục nhƣợc điểm này, các nhà khoa học tại nhiều quốc gia đã nghiên cứu và xây dựng quy trình lên men tự nhiên tỏi tƣơi ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp để tạo ra tỏi đen. Sản phẩm này có màu đen, hầu nhƣ không còn mùi khó chịu, có vị ngọt giống nhƣ các loại trái cây, có thể bảo quản đƣợc trong thời gian dài. Tỏi sau khi lên men, các hợp chất chứa lƣu huỳnh tăng mạnh nhƣ: S-allyl-L- cysteine, alliin, isoalliin, methiin, cycloalliin, điều này làm cải thiện một số hoạt tính sinh học của tỏi đen nhƣ khả năng kháng oxy hóa, tăng cƣờng miễn dịch, ức chế tế bào ung thƣ so với tỏi thƣờng [25].
Với những ƣu điểm vƣợt trội này, tỏi đen đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng khá phổ biến nhƣ một loại thực phẩm chức năng để phòng chống bệnh tật, tuy nhiên giá khá đắt. Tuy nhiên, tỏi đen là sản phẩm mới trên thị trƣờng Việt Nam, sản phẩm có giá thành cao và đƣợc lên men trong thời gian dài. Chính vì vậy, cần có thêm những nghiên cứu sâu và cụ thể hơn về quá trình lên men tỏi đen, nhằm cải thiện quá trình lên men và góp phần đa dạng hóa tạo các sản phẩm có giá trị, để chăm sóc sức khỏe cộng đồng, mang lại hiệu quả cao, với một giá thành hợp lý. Quá trình lên men tỏi đen là một quá trình lên men hở, nên có sự tham gia của vi sinh vật, đồng thời là sự biến động hoạt tính sinh học qua các giai đoạn trong quá trình lên men.
Để đóng góp cho lĩnh vực nghiên cứu các yếu tố tham gia tác động và ảnh hƣởng đến quá trình lên men tỏi đen còn rất hạn chế này, trong đó vi sinh vật – một đối tƣợng khoa học phong phú, hiện diện trong tất cả các quá trình lên men chƣa đƣợc đề cập. Đồng thời, với vai trò là các nhà công nghệ sinh học, chúng tôi mong muốn có thể đa dạng hóa các dòng sản phẩm khác nhau từ tỏi đen, để có thể đáp ứng nhu cầu của mọi đối tƣợng sử dụng. Chính vì vậy, tìm hiểu hệ vi sinh vật trong quá trình lên men và hoạt tính sinh học chính một số sản phẩm từ tỏi đen là một nhu cầu thiết yếu. Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu “Tìm 1 hiểu hệ vi sinh vật trong quá trình lên men tỏi đen và hoạt tính sinh học chính một số sản phẩm từ tỏi đen”.
Mục tiêu nghiên cứu Đề tài đƣợc thực hiện nhằm hƣớng đến các mục tiêu chính nhƣ: - Tìm hiểu hệ vi sinh vật trong quá trình lên men tỏi đen. - Khảo sát hoạt tính sinh học chính của tỏi đen và một số sản phẩm từ tỏi đen. Nội dung nghiên cứu Để thực hiện đƣợc các mục tiêu nghiên cứu mà đề tài hƣớng đến, chúng tôi thiết kế các nội dung nghiên cứu nhƣ sau: - Phân lập vi sinh vật trong các giai đoạn của quá trình lên men. - Khảo sát đặc điểm hình thái, định danh chủng vi sinh vật phân lập.
- Bƣớc đầu thăm dò đa dạng hóa sản phẩm tử tỏi đen: củ tỏi đen, rƣợu tỏi đen và viên nang tỏi đen. Đánh giá chất lƣợng sản phẩm và khảo sát một số hoạt tính sinh học chính của sản phẩm tỏi đen. Hình thái, cấu trúc củ tỏi. Hàm lƣợng SAC.
Hoạt tính kháng oxy hóa. Hoạt tính kháng khuẩn. Chất lƣợng vệ sinh an toàn thực phẩm. Thăm dò tạo 2 dòng sản phẩm: Rƣợu tỏi đen, viên nang tỏi đen Kiểm tra hoạt tính kháng oxy hóa.
Hoạt tính kháng khuẩn. Giới thiệu chung Tỏi (Allium sativum L.), một loài thuộc họ hành Alliaceae, đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ các loại thực phẩm và gia vị trong nhiều thế kỷ, đồng thời cũng là thảo dƣợc cổ truyền của nhiều dân tộc, đã đƣợc sử dụng trên toàn thế giới nhƣ một loại thuốc truyền thống hơn 4000 năm để điều trị một số bệnh nhƣ viêm khớp, tiểu đƣờng và các bệnh truyền nhiễm nhƣ bệnh cảm, sốt rét, bệnh lao phổi [40]. Trong củ tỏi có chứa 0,1-0,36% tinh dầu, trong đó hơn 90% chứa các hợp chất lƣu huỳnh. Thành phần chủ yếu của tỏi là chất allicin có mùi đặc trƣng.
Nhƣng trong tỏi tƣơi không có allicin ngay, mà có chất aliin (một loại acid amin) - chất này chịu tác động của enzyme alinaza cũng có trong củ tỏi và khi giã dập mới cho allicin. Sau các thử nghiệm chứng minh đƣợc tính chất diệt khuẩn của tỏi, với vai trò nhƣ một kháng sinh, tỏi đã đƣợc sử dụng để điều trị cho các binh sĩ trong chiến tranh thế giới thứ 2. Ngoài ra, củ tỏi còn chứa nhiều vitamin và khoáng chất., đặc biệt là selen. Những năm gần đây, tỏi lại đƣợc các nhà khoa học ở nhiều nƣớc nghiên cứu, phát hiện thêm những đặc tính quý khác nhƣ: khả năng tăng cƣờng hệ thống miễn dịch, nâng cao sức khỏe, làm giảm huyết áp, có tác dụng chống tắc nghẽn mạch máu, làm chậm quá trình lão hóa tế bào, chống sự lão hóa, làm giảm sung huyết, tiêu viêm, phục hồi nhanh thể lực và khả năng kháng khuẩn [10, 45].
Các sản phẩm thực phẩm chức năng từ tỏi đƣợc đặc biệt quan tâm. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của tỏi với mùi hăng cay đặc trƣng và có thể gây ra các triệu chứng khó chịu cho dạ dày dẫn đến việc sử dụng tỏi tƣơi bị hạn chế. Gần đây, một sản phẩm mới từ tỏi - tỏi đen. Tỏi đen là tỏi đƣợc lên men tự nhiên trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, không bổ sung chất phụ gia trong quá trình lên men [3].1: Tỏi đen [43] Hình 1.
3 Tỏi đen đƣợc xem nhƣ một giải pháp hiệu quả trong việc loại bỏ đƣợc mùi khó chịu của tỏi tƣơi đồng thời là một sản phẩm có tác dụng hỗ trợ điều trị, ngăn ngừa đƣợc các chứng bệnh nan y. Một trong các nƣớc tiên phong về nghiên cứu và sản xuất tỏi đen, phải kể đến là Nhật Bản. Tỏi đen đƣợc sản xuất ở Nhật Bản bằng cách xử lý tỏi tƣơi thông thƣờng ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, thời gian lên men kéo dài trong nhiều tuần mà không cần bổ sung bất kỳ một loại phụ gia nào. Trong quá trình nhiệt có các thay đổi hóa lý khác nhau xảy ra, chẳng hạn nhƣ thay đổi trong màu sắc, kết cấu và hƣơng vị.
Hơn nữa, quá trình nhiệt sẽ dẫn đến những thay đổi về hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng của tỏi thông qua phản ứng hóa nâu nhƣ các phản ứng Maillard, caramen hóa và quá trình oxy hóa của các hợp chất phenol. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh tỏi đen có một loạt các lợi ích cho sức khỏe, nhƣ chống ung thƣ, kháng oxy hóa, chống dị ứng. Tỏi đen đã đƣợc chứng minh có tác dụng kháng oxy hóa mạnh hơn so với tỏi tƣơi, đồng thời cải thiện độ nhạy của insulin, cũng nhƣ cải thiện rối loạn lipid máu trên động vật thí nghiệm [83]. Quá trình nhiệt đƣợc sử dụng trong lên men tỏi đen với mục đích nâng cao chất lƣợng cảm quan, mở rộng phạm vi màu sắc, cấu trúc và mùi vị thực phẩm cũng nhƣ gây ra những thay đổi hóa học để tạo các hợp chất sinh học mà những hợp chất này chƣa có trong nguồn nguyên liệu thực phẩm ban đầu.
Chính vì vậy, tỏi tƣơi qua quá trình nhiệt, màu sắc, mùi vị và kết cấu tỏi nguyên liệu thay đổi dần dần theo thời gian. Hơn nữa, hàm lƣợng các hợp chất có hoạt tính sinh học bao gồm S-allyl-L-cysteine (SAC), vitamin, acid phenolic và flavonoid thay đổi, tăng cao trong quá trình nhiệt. Lƣợng SAC – một hợp chất đại diện cho hoạt tính sinh học của tỏi đen, là một trong những hợp chất acid amin chứa hàm lƣợng lƣu huỳnh cao, cao hơn 5-6 lần so với tỏi tƣơi. Thêm vào đó, hàm lƣợng polyphenol tăng gấp bảy lần trong dịch chiết tỏi đen so với dịch chiết tỏi tƣơi, dẫn đến sự gia tăng các hoạt tính kháng oxy hóa.
Hàm lƣợng các vitamin tan trong nƣớc tăng khoảng 1,15 – 1,92 lần trong khi đó hàm lƣợng các vitamin tan trong chất béo giảm đáng kể theo quá trình. Hơn nữa, phản ứng Maillard đƣợc công nhận là một yếu tố quan trọng trong sự hình thành màu đen của tỏi, tạo các hợp chất trung gian với các hoạt động kháng oxy hóa [83]. 4 Về thành phần hóa học trong các chất chiết từ tỏi đen, hàm lƣợng đƣờng tổng đƣợc cho là có liên quan với vị ngọt của tỏi đen, tăng từ 28,7% đến 47% so với tỏi tƣơi. Các hợp chất khác nhƣ protein và lipid không thay đổi so với tỏi tƣơi.
Tuy nhiên, hàm lƣợng các acid amine nhƣ cysteine, phenylalanine, tyrosine, leucine, valine, alanine, glycine, acid glutamic và acid aspartic tăng đáng kể sau quá trình lên men. Đặc biệt, hàm lƣợng SAC, acid amin có thể tan trong nƣớc, tăng gấp 8 lần so với tỏi nguyên liệu sau 40 ngày lên men, γ-glutamyl-S-allyl-L-cysteine (GSAC), đƣợc coi là một tiền chất của SAC, giảm 3 lần trong quá trình lên men do chuyển hóa để tạo thành SAC. Việc tạo ra tỏi đen theo cách này không liên quan đến sự lên men của vi khuẩn nhƣ các quá trình lên men thông thƣờng bởi nhiệt độ của quá trình là 70oC. Thêm vào đó, một trong những hoạt động tiềm năng của tỏi đen chính là khả năng kháng oxy hóa, tác động hiệu quả cao trong việc tránh các quá trình oxy hóa gây tổn hại đến DNA [76].
Trong thí nghiệm, các tác giả xử lý chất chiết xuất từ tỏi đen và thu đƣợc kết quả kháng oxy hóa gấp 25 lần so với tỏi tƣơi [74]. Bảng so sánh hàm lƣợng dinh dƣỡng các chất trong tỏi đen và tỏi tƣơi. Hàm lƣợng dinh dƣỡng thô Tỏi đen Tỏi tƣơi nguyên liệu Protein 14.7 mg Năng lƣợng 219 kcal 149 kcal Cholesterol 0.0 Hàm lƣợng chất khoáng (100g) Tỏi đen Tỏi tƣơi nguyên liệu Magnesium 52 mg 25 mg Iron (Fe) 2.