Đặt vấn đề Ăn uống là một nhu cầu thiết yếu của con người. Tuy nhiên việc ăn uống không khoa học có thể dẫn con người đối mặt với nhiều nguy cơ khác nhau, đặc biệt trong số đó con người phải đối mặt với nhiều căn bệnh mãn tính như bệnh béo phì, tim mạch, ung thư,…Trong đó phải kể đến bệnh đái tháo đường (ĐTĐ). Theo dự báo của Hiệp hội đái tháo đường Quốc tế IDF,trong một thập kỉ trở lại đây, bệnh đái tháo đường có xu hướng phát triển nhanh chóng. Ước tính năm 2010, thế giới có khoảng 221 triệu người mắc bệnh đái tháo đường và dự báo đến năm 2025 sẽ lên tới 330 triệu người (chiếm khoảng 6% dân số toàn cầu).
Tỷ lệ người mắc bệnh đái tháo đường ở các nước phát triển khoảng 42%, tỷ lệ này tăng lên 170% ở các nước đang phát triển (Việt Nam) [35]. Hiện thuốc điều trị cho người bệnh ĐTĐ có nhiều tiến bộ song vẫn còn nhiều hạn chế nên việc sử dụng sản phẩm thực phẩm chức năng, thuốc có hoạt chất sinh học từ vi sinh vật giúp kiểm soát đường huyết đang rất được quan tâm. Nhiều công trình khoa hoc đã chứng minh, việc sử dụng hoạt chất ức chế enzyme α - glucosidase(AGIs) để ngăn cản sự tạo thành monosaccharide là cách tốt nhất để phòng ngừa và điều trị bệnh tiểu đường. Chất AGIs có thể được tạo ra bằng nhiều con đường khác nhau: chiết xuất từ thực vật, tổng hợp bằng con đường hóa học hoặc bằng con đường sinh học nhờ các vi sinh vật.
Tuy nhiên để sản xuất chất AGIs trên quy mô lớn bằng con đường chiết xuất tự nhiên hay hóa học lại rất tốn kém,phức tạp và có thể gây một số tác dụng phụ như rối loạn chức năng gan và các triệu chứng đau dạ dày cho người sử dụng. Do vậy việc sản xuất hoạt chất AGIs bằng vi sinh vật tiêu biểu như Aspergillus oryzae (A.oryzae) đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như nhà sản xuất vì chúng sử dụng an n 2 toàn, không có các tác dụng phụ đối với cơ thể sống. Đặc biệt trong những năm gần đây, có nhiều công trình công bố về đậu lên men bởi chủng A. oryzae cho chất trích ly AGIs, làm giảm lượng đường huyết, giảm cholesterol và chống oxi hóa, sử dụng an toàn và không thấy có tác dụng phụ qua các thử nghiệm lâm sàng trên chuột và người [ 3 ].
Trên cơ sở đề tài cấp thành phố mã số 01C-06/05-2011-2 Số Quyết định: 73/2010/QĐ-UBND, đề tài:“Tuyển chọn chủng nấm mốc có khả năng sinh tổng hợp hoạt chất ức chế enzyme α-glucosidase và thử nghiệm sản xuất thực phẩm chức năng”do Nguyễn Đức Tiến làm chủ nhiệm đề tài, được sự đồng ý của chủ trì đề tài, Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường Nông nghiệp- Viện Cơ điện Nông nghiệp và Bộ môn Công nghệ Sau thu hoạch. Tiếp tục nghiên cứu các điều kiện lên men sản xuất hoạt chất ức chế AGIs, từ đó chọn ra các yếu tố quan trọng để thực hiện quá trình tối ưu nhằm tạo ra hoạt tính ức chế cao cho chế biến thực phẩm. Từ những lý do trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Tối ưu hóa các điều kiện lên men sản xuất chất ức chế Enzym α- glucosidase từ Aspergillus oryzae T6 cho chế biến thực phẩm” 1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu quá trình lên men (nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ thoáng khí,tỷ lệ nguyên liệu bổ sung, thời gian lên men và lượng nấm mốc ban đầu.
Từ đó tối ưu hóa điều kiện lên men để lượng hoạt chất ức chế Enzym α - glucosidase tạo ra là lớn nhất làm cơ sở cho việc sản các sản phẩm chức năng. Yêu cầu nghiên cứu - Xác định được ảnh hưởng các điều kiện lên men cho sinh tổng hợp hoạt chất AGIs: pH, nhiệt độ, độ ẩm, độ thoáng khí, lượng mốc bổ sung, tỷ lệ cám gạo, thời gian. - Tối ưu điều kiện lên men bằng phần mềm Desgin Expert 7. n 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Giới thiệu về thực phẩm chức năng Khái niệm thực phẩm chức năng (functional food) được người Nhật sử dụng đầu tiên trong những năm 1980 để chỉ những thực phẩm chế biến có chứa những thành phần tuy không có giá trị dinh dưỡng nhưng giúp nâng cao sức khoẻ cho người sử dụng. Theo Viện Khoa học và Đời sống quốc tế (International Life Science Institute - ILSI) thì "thực phẩm chức năng (TPCN) là thực phẩm có lợi cho một hay nhiều hoạt động của cơ thể như cải thiện tình trạng sức khoẻ và làm giảm nguy cơ mắc bệnh hơn là giá trị dinh dưỡng mà nó mang lại". Bộ Y tế Việt Nam định nghĩa TPCN: 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 [9]. Nói chung TPCN dùng để chỉ những chế phẩm thực phẩm chứa các chất có hoạt tính sinh học cao, có dược tính từ động vật, thực vật, vi sinh vật, một số chất tổng hợp giống các hoạt chất tự nhiên như vitamin, hương liệu v.v… Có tính chất thiết dụng gần giống thuốc, nhưng không thay thế thuốc điều trị.
Hiện nay, TPCN đang được các chuyên gia đánh giá là một xu thế dinh dưỡng của thế kỷ 21, đáp ứng một phần quan trọng về nhu cầu dinh dưỡng và sức khỏe con người trong cuộc sống hiện đại. Các nước phát triển có xu hướng ưa chuộng sử dụng TPCN hơn sử dụng thuốc trong hỗ trợ điều trị và phòng bệnh [36]. TPCN được phân thành nhiều nhóm, phụ thuộc tác dụng của sản phẩm như TPCN cho người có đường huyết cao, TPCN cho người có cholesterol trong máu cao, TPCN cải thiện tiêu hóa….Tuy nhiên, TPCN có tác dụng giảm đường huyết luôn được quan tâm trong hệ thống phân loại và được xếp thành một nhóm chính. n 4 TPCN hiện nay rất phong phú và đa dạng.
Loại TPCN được kể đến đầu tiên là những thực phẩm mà khi ở dạng tự nhiên đã có những hoạt chất với lượng lớn có lợi cho đối với cơ thể như chè xanh chứa catechin có tác dụng giảm béo, giảm lượng cholesterol trong máu; màng gạo chứa Gamma Oryzanol có tác dụng chống oxy hoá, chống viêm loét. Tiếp đó là các nhóm thực phẩm có ít hoạt chất hơn như các sản phẩm từ sữa kích thích tiêu hóa, điều hòa huyết áp, tăng khả năng miễn dịch, phải bổ sung hoặc tinh chế cô đặc lại ở dạng dễ sử dụng, hay gây biến đổi gene để tăng hàm lượng một số chất có lợi (thực phẩm có bổ sung vitamin E, làm đẹp da, chống ôxi hóa). Các công bố về tác dụng của các chức năng của TPCN và các thành phần của nó đã được cơ quan quản lý xác nhận và công nhận rộng rãi.Vấn đề TPCN ở Việt Nam còn rất mới, mới cả về tên gọi, hình thức, phương thức và mới cả về quản lý [12]. Enzyme α- glucosidase Enzyme α - glucosidase là một enzyme có hoạt tính exohydrolysis từ đầu khử đến đầu không khử của oligosaccharides chứa các α - D - glucose nối với nhau bằng liên kết 1 - 4 glycosides.
Enzyme α - glucosidase có thể có nhiều nguồn gốc khác nhau: Từ vi khuẩn, nấm mốc, đường tiêu hóa động vật. Việc khác nhau về nguồn gốc α - glucosidase có thể dẫn đến sự khác biệt về pH hoạt động, khoảng nhiệt độ hoạt động, hoạt độ của enzyme. Những thông số cơ này chỉ có thể thu nhận được qua thực nghiệm trên một enzyme α - glucosidase cụ thể. Cấu tạo của enzyme α - glucosidase tương tự như của maltose n 5 Hình 2.1 Cấu tạo của enzyme α-glucosidase Enzyme α-glucosidase được phân chia theo cấu trúc chính gồm có gen mã hóa lysosomal alpha-glucosidase dài khoảng 20 kb.2 Cấu trúc không gian của enzyme α-glucosidase 2.Hoạt chất AGIs 2.
Cơ sở khoa học của việc sử dụng hoạt chất đến quá trình trao đổi đường trong cơ thể người Bệnh ĐTĐ haycòn gọi là bệnh tiểu đường, là một bệnh do rối loạn chuyển hóacacbonhydrate khi hoocmon insulin của tuyến tụy bị thiếu hay giảm tác động vào cơ thể, biểu hiện bằng mức đường trong máu cao hơn 7 mmol/l.ĐTĐ liên quan đến rối loạn chuyển hóa glucid, lipid, protid và điện giải. Những rối loạn này thường dẫn tới hôn mê và tử vong trong thời gian n 6 ngắn nếu không được điều trị kịp thời. Tăng đường huyết kéo dài sẽ gây ra rất nhiều biến chứng nguy hiểm ở nhiều phủ tạng đặc biệt là mắt, bệnh tim mạch vành, tai biến mạch máu não, suy thận…[35]. Theo phân loại Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization - WHO), năm 1999, bệnh ĐTĐ phân thành hai nhóm sau: Bệnh ĐTĐ typ1 hay còn gọi là ĐTĐ phụ thuộc insulin (nồng độ insulin giảm thấp hoặc mất hoàn toàn): Do tổn thương hay suy giảm chức năng tế bào beta của tuyến tụy, tuyến tụy không hoạt động tạo ra đủ insulin để cân bằng đường huyết nên bệnh nhân cần phải tiêm hoặc uống insulin.
Bệnh ĐTĐ typ 2 hay còn gọi là ĐTĐ không lệ thuộc insulin: Do kháng insulin kết hợp với khả năng bài tiết insulin giảm. ĐTĐ typ 2 chiếm tỷ lệ chủ yếu của bệnh tiểu đường, cơ thể người bệnh vẫn tiết ra insulin nhưng không đủ khiến đường chỉ lưu hành trong máu mà không đưa vào tế bào. Điều trị bệnh này, người bệnh áp dụng chế độ ăn uống hợp lý có thể kiểm soát được bệnh. Tinh bột Saccarose ( Glucose+Fructose) Amylase Maltose (Glucose +Glucose) Chất ức chế α-glucosidase Chất ức chế Glucose Glucose Fructose Glucose Glucose huyết Hình 2.3 Ảnh hưởng của chất AGIs đến quá trình trao đổi đường n 7 Từ các nghiên cứu trên thế giới đã làm sáng tỏ cơ sở khoa học của việc sử dụng hoạt chất AGIs để điều trị bệnh đái tháo đường như sau: Tinh bột hoặc đường (sucroza) là một chất dinh dưỡng quan trọng còn được gọi là cacbonhydrat.
Cấu tạo của nó gồm hai hay nhiều monosaccharit (glucoza hoặc fructoza). Để cơ thể hấp thụ được, cacbonhydrate sẽ bị phân cắt hoàn toàn thành các monosaccharide nhờ hệ thống enzyme tiêu hóa. Dưới tác dụng của enzyme α - glucosidase chúng sẽ phân cắt thành các monosaccharide tại ruột non.Chất AGIs có thể kìm hãm hoạt tính enzyme α-glucosidase nên ngăn cản sự tạo thành monosaccharide từ disaccharide làm cho quá trình tổng hợp insullin diễn ra dễ dàng hơn[23]. Enzyme α - glucosidase (α - glucosidase glucohydrolase) là một exo - enzyme thủy phân hydratcacbon và giải phóng ra α - glucosidase từ đầu không khử của cơ chất.
Enzym này phổ biến trong vi sinh vật, thực vật, mô động vật. Các chất kìm hãm enzyme α - glucosidasetồn tại phổ biến như: Hợp chất đa vòng polyhydroxylated N - substituted, polyhydroxylated cycloalkenes và oligomers của các phân tử giống như phân tử đường [36].