Nghiên cứu một số hoạt động sinh học của lactobacillus sp. Và bacillus subtilis để chế biế n thức uống chức năng từ đậu nành và gạo lức

Một trong những ứng dụng đó là thực phẩm chức năng, tức những loại thực phẩm không chỉ cung cấp năng lượng mà còn mang lại các lợi ích khác cho cơ thể như ổn định hệ vi sinh vật đường ru

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG SINH HỌC

CỦA LACTOBACILLUS SP VÀ BACILLUS

SUBTILIS ĐỂ CHẾ BIẾN THỨC UỐNG CHỨC

NĂNG TỪ ĐẬU NÀNH VÀ GẠO LỨC

CBHD: TS LÊ CHIẾN PHƯƠNG SVTH : TRẦN TRUNG KIÊN MSSV: 60604196

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG SINH HỌC

CỦA LACTOBACILLUS SP VÀ BACILLUS

SUBTILIS ĐỂ CHẾ BIẾN THỨC UỐNG CHỨC

NĂNG TỪ ĐẬU NÀNH VÀ GẠO LỨC

CBHD: TS LÊ CHIẾN PHƯƠNG SVTH : TRẦN TRUNG KIÊN

MSSV : 60604196

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2011

Các thầy cô trong bộ môn công nghệ sinh học – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM – là những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường, giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này và là hành trang vững chắc để tôi tự tin khi dấn thân vào sự nghiệp công nghệ sinh học sau này

Các anh chị cán bộ phòng công nghệ biến đổi sinh học, phòng vi sinh – Viện sinh học nhiệt đới – đã hỗ trợ và hướng dẫn cách sử dụng máy móc, thiết bị, dụng cụ thí nghiệm

Các bạn sinh viên lớp HC06BSH – Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM – đã cùng học tập, trao đổi kinh nghiệm và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm việc

Gia đình tôi đã động viên tinh thần và giúp đỡ về mặt kinh tế để tôi có thể an tâm thực hiện luận văn

Tôi xin gởi đến những người kể trên lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất!

ii

TÓM TẮT

Sản phẩm thức uống chức năng từ đậu nành và gạo lức được chế biến bởi hai

giống vi khuẩn Bacillus subtilis và Lactobacillus sp tỷ lệ 2% mỗi giống với thành

phần dinh dưỡng có nguồn gốc thực vật, độ chua nhẹ, mùi nồng, độ nhớt cao và cung cấp một lượng vi khuẩn sống 107-108 CFU/ml Khảo sát ảnh hưởng của Lactobacillus

sp đối với Bacillus subtilis cho thấy lượng acid lactic sinh ra làm giảm đáng kể lượng sinh khối Bacillus subtilis, bacteriocin của giống Lactobacillus sp sinh ra ít và ảnh hưởng không đáng kể đến Bacillus subtilis, dịch nuôi cấy Bacillus subtilis không ảnh hưởng đến sinh khối Lactobacillus sp Đây là một sản phẩm có thể tự tạo ở quy mô gia

đình và giữ được tình trạng tốt trong 2 tuần nếu bảo quản ở nhiệt độ 10-20oC

ABSTRACT

The functional beverage product from soybean and brown rice contain Bacillus

subtilis and Lactobacillus sp at the rate of 2% with a rich nutrition vegetative origin,

low acidity, concentrated flavor, high viscosity and provide alive bacteria of 107-108

CFU/ml of every culture The investigation on the effect of Lactobacillus sp and

Bacillus subtilis had shown that the lactic acid significantly reduced the biomass of Bacillus subtilis Lactobacillus sp has a small amount of bacteriocin and negligibly

influences on Bacillus subtilis The cultivated broth of Bacillus subtilis did not affect

on the biomass of Lactobacillus sp This product can be made at home and well

remained in 2 weeks at the temperature of 10-20oC

iii

iv

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG viii 

DANH MỤC HÌNH ix 

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1U   1.1 Đặt vấn đề 1 

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2 

1.3 Nội dung nghiên cứu 2 

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3U   2.1 Thực phẩm chức năng 3 

2.1.1 Khái niệm thực phẩm chức năng 3 

2.1.2 Phân loại thực phẩm chức năng 4 

2.2 Nguyên liệu đậu nành 7 

2.2.1 Cây đậu nành 7 

2.2.2 Hạt đậu nành 8 

2.2.3 Thành phần hóa học 9 

2.2.4 Giá trị y học của đậu nành 12 

2.3 Nguyên liệu gạo lức 14 

2.3.1 Giới thiệu 14 

2.3.2 Thành phần hóa học 14 

2.3.3 Giá trị dinh dưỡng và y học của gạo lức 17 

2.4 Vi khuẩn lactic 18 

2.4.1 Tổng quan về vi khuẩn lactic 18 

2.4.2 Giống Lactobacillus 20 

2.4.3 Vai trò probiotic của Lactobacillus 21 

2.4.4 Ứng dụng của vi khuẩn lactic 23 

2.5 Vi khuẩn Bacillus subtilis 25 

2.5.1 Đặc điểm chung 25 

v

2.5.2 Sự hình thành bào tử 27 

2.5.3 Hệ enzyme amylase và protease của Bacillus subtilis 28 

2.5.4 Ứng dụng của vi khuẩn Bacillus subtilis 29 

CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31U   3.1 Nguyên vật liệu 31 

3.1.1 Các chủng giống vi sinh vật 31 

3.1.2 Nguồn nguyên liệu 31 

3.2 Tiến trình thí nghiệm 32 

3.2.1 Sơ đồ nội dung thí nghiệm 32 

3.2.2 Nội dung bố trí thí nghiệm 32 

3.3 Phương pháp khảo sát vi khuẩn Lactobacillus sp 33 

3.3.1 Phương pháp nhuộm Gram 33 

3.3.2 Phương pháp định tính acid lactic 34 

3.3.3 Phương pháp định lượng acid lactic 35 

3.3.4 Xác định khả năng kháng Bacillus subtilis của dịch bacteriocin 35 

3.4 Phương pháp khảo sát vi khuẩn Bacillus subtilis 36 

3.4.1 Phương pháp dựng đường cong sinh trưởng 36 

3.4.2 Phương pháp định tính và xác định hoạt tính enzyme amylase 37 

3.4.3 Phương pháp định tính và xác định hoạt tính enzyme protease 38 

3.5 Quy trình chế biến thức uống chức năng 40 

3.5.1 Sơ đồ quy trình chế biến thức uống chức năng 40 

3.5.2 Giải thích quy trình 40 

3.6 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu dinh dưỡng của sản phẩm 42 

3.6.1 Phương pháp xác định độ ẩm 42 

3.6.2 Phương pháp xác định đạm tổng số theo Kjeldahl 43 

3.6.3 Phương pháp xác định đạm formol 45 

3.6.4 Phương pháp xác định đạm amoniac 46 

3.6.5 Phương pháp xác định đường tổng 47 

3.6.6 Phương pháp xác định đường khử 48 

3.6.7 Phương pháp xác định hàm lượng lipid thô 49 

3.6.8 Phương pháp xác định chỉ số peroxyde 49 

3.7 Phương pháp đánh giá cảm quan 50 

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 52 

4.1 Một số đặc tính của giống Lactobacillus sp 52 

4.1.1 Đặc điểm hình thái 52 

4.1.2 Khả năng làm đông tụ sữa 52 

4.1.3 Khả năng sinh acid lactic 53 

4.2 Một số đặc tính của giống Bacillus subtilis 54 

4.2.1 Đặc điểm hình thái 54 

4.2.2 Đường cong sinh trưởng của Bacillus subtilis 55 

4.2.3 Hoạt tính enzyme amylase 56 

4.2.4 Hoạt tính enzyme protease 57 

4.3 Kết quả khảo sát tỷ lệ giống Bacillus subtilis bổ sung vào sản phẩm 58 

4.4 Kết quả khảo sát tỷ lệ giống Lactobacillus sp bổ sung vào sản phẩm 59 

4.5 Kết quả định lượng acid lactic trong sản phẩm 59 

4.6 Ảnh hưởng của Lactobacillus sp đối với Bacillus subtilis 60 

4.6.1 Ảnh hưởng đơn lẻ của acid lactic đối với Bacillus subtilis 60 

4.6.2 Ảnh hưởng đơn lẻ của dịch bacteriocin thô đối với Bacillus subtilis 61 

4.7 Ảnh hưởng của dịch nuôi cấy Bacillus subtilis đối với Lactobacillus sp 62 

4.8 Kết quả phân tích các chỉ tiêu dinh dưỡng của sản phẩm 64 

4.8.1 Độ ẩm 64 

4.8.2 Đạm tổng 64 

4.8.3 Đạm formol 65 

4.8.4 Đạm amoniac 66 

vi

4.8.5 Đường tổng 66 

4.8.6 Đường khử 67 

4.8.7 Hàm lượng lipid 67 

4.8.8 Chỉ số peroxyde 68 

4.9 Kết quả phân tích vi sinh vật 68 

4.9.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu vi sinh vật 68 

4.9.2 Kết quả định lượng tế bào sinh dưỡng, bào tử Bacillus subtilis, tế bào Lactobacillus sp 69 

4.10 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm 70 

4.10.1 Đặc điểm cảm quan sản phẩm 70 

4.10.2 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm 70 

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 

5.1 Kết luận 72 

5.2 Kiến nghị 73 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 

PHỤ LỤC 78 

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hệ thống phân loại FOSHU 6 

Bảng 2.2 Thành phần các chất trong hạt đậu nành 9 

Bảng 2.3 Thành phần acid amine trong protein đậu nành 10 

Bảng 2.4 Thành phần khoáng trong protein đậu nành 10 

Bảng 2.5 Thành phần vitamine trong protein đậu nành 10 

Bảng 2.6 Thành phần carbohydrate trong đậu nành (so với khối lượng chất khô trong đậu nành) 11 

Bảng 2.7 Thành phần các acid béo trong dầu đậu nành 11 

Bảng 2.8 Thành phần hóa học của gạo lức 14 

Bảng 2.9 Thành phần và cân bằng năng lượng của ngũ cốc (Juliano, 1985) 15 

Bảng 2.10 So sánh hàm lượng protein hòa tan giữa gạo thường và gạo lức 15 

Bảng 2.11 Hàm lượng acid amine, vitamine khoáng chất của gạo lức 16 

Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm định lượng enzyme amylase 38 

Bảng 4.1 Đặc điểm hình thái vi khuẩn Lactobacillus sp 52 

Bảng 4.2 Đặc điểm hình thái vi khuẩn Bacillus subtilis 55 

Bảng 4.3 Khảo sát tỷ lệ Bacillus subtilis sử dụng 58 

Bảng 4.4 Khảo sát tỷ lệ Lactobacillus sp sử dụng 59 

Bảng 4.5 Kết quả ảnh hưởng của acid lactic đối với Bacillus subtilis 60 

Bảng 4.6 Kết quả ảnh hưởng của dịch bacteriocin thô đối với Bac subtilis 62 

Bảng 4.7 Kết quả định lượng ảnh hưởng của dịch nuôi cấy Bacillus subtilis đối với Lactobacillus sp 63 

Bảng 4.8 Kết quả định lượng đường tổng theo thời gian 66 

Bảng 4.9 Kết quả định lượng đường khử theo thời gian 67 

Bảng 4.10 Kết quả phân tích chỉ tiêu vi sinh vật 68 

Bảng 4.11 Kết quả định lượng tế bào theo thời gian 69 

Bảng 5.1 Các chỉ tiêu dinh dưỡng của sản phẩm 73 

viii

DANH MỤC HÌNH 

Hình 2.1 Cây đậu nành 8 

Hình 2.2 Quả và hạt đậu nành 8 

Hình 2.3 Gạo lức 14 

Hình 2.4 Vi khuẩn Lactobacillus 21 

Hình 2.5 Các lợi ích về dinh dưỡng và liệu pháp chữa bệnh của Lactobacillus 21 

Hình 2.6 Cấu trúc của phân tử Nisin 24 

Hình 2.7 Tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis 26 

Hình 2.8 Bề mặt vi khuẩn Bacillus (C=Capsule, S=S-layer, P=Peptidoglycan) 27 

Hình 2.9 Tiên mao của A: B subtilis, B: P polymyxa, C: B laterosporus, D: P alvei. 27 

Hình 3.1 Đậu nành và gạo lức sử dụng làm thức uống chức năng 31 

Hình 3.2 Sơ đồ nội dung thí nghiệm 32 

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình chế biến thức uống chức năng 40 

Hình 4.1 Khuẩn lạc Lactobacillus sp trên môi trường cà chua có bổ sung CaCO3 52 

Hình 4.2 Tế bào vi khuẩn Lactobacillus sp 52 

Hình 4.3 Khả năng làm đông tụ sữa đậu nành của Lactobacillus sp 53 

Hình 4.4 Kết quả định tính acid lactic 53 

Hình 4.5 Đồ thị hàm lượng acid lactic sinh ra theo thời gian 54 

Hình 4.6 Khuẩn lạc Bacillus subtilis trên môi trường CP 54 

Hình 4.7 Tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis 54 

Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn sinh khối Bacillus subtilis theo thời gian 55 

Hình 4.9 Khả năng phân giải tinh bột của Bacillus subtilis 56 

Hình 4.10 Đồ thị hoạt tính enzyme amylase của Bacillus subtilis 56 

Hình 4.11 Khả năng phân giải casein của Bacillus subtilis 57 

ix

x

Hình 4.12 Đồ thị hoạt tính enzyme protease của Bacillus subtilis 57 

Hình 4.13 Đồ thị giá trị pH và acid lactic của sản phẩm theo thời gian 59 

Hình 4.14 Định tính ảnh hưởng của acid lactic đối với Bacillus subtilis 60 

Hình 4.15 Đồ thị ảnh hưởng của acid lactic đối với Bacillus subtilis 61 

Hình 4.16 Định tính ảnh hưởng của bacteriocin đối với Bacillus subtilis 61 

Hình 4.17 Đồ thị ảnh hưởng của dịch bacteriocin thô đối với Bacillus subtilis 62 

Hình 4.18 Ảnh hưởng của dịch nuôi cấy Bacillus subtilis đối với Lactobacillus sp 63

Hình 4.19 Độ ẩm của sản phẩm theo thời gian 64 

Hình 4.20 Đồ thị biến đổi nitơ tổng số của sản phẩm theo thời gian 65 

Hình 4.21 Đồ thị biến đổi đạm formol của sản phẩm theo thời gian 65 

Hình 4.22 Đồ thị biến đổi đạm amoniac của sản phẩm theo thời gian 66 

Hình 4.23 Đồ thị biến đổi hàm lượng lipid của sản phẩm theo thời gian 67 

Hình 4.24 Đồ thị chỉ số peroxyde của sản phẩm 68 

Hình 4.25 Sản phẩm thức uống chức năng từ đậu nành và gạo lức 70 

Hình 4.26 Đồ thị phân phối xác suất 70 

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Đối với con người thì sức khỏe là điều quan trọng và quý giá nhất, vì vậy việc chăm sóc sức khỏe luôn là vấn đề hàng đầu của mỗi cá nhân và cộng đồng Thực phẩm cung cấp cho con người các chất dinh dưỡng và năng lượng để duy trì các hoạt động sống nhưng chính từ thực phẩm cũng tiềm ẩn những mối nguy gây hại tới sức khỏe Các mối nguy này thường do dư lượng các chất hóa học, sự lạm dụng các chất hóa học tổng hợp trong quá trình sản xuất, bảo quản, chế biến hay các vi sinh vật và độc tố gây bệnh của chúng,… Từ những lý do đó, con người ngày càng chú ý tới các vấn đề về thực phẩm, vấn đề nâng cao chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm và ngày càng có xu hướng quay trở về với các sản phẩm thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên Con người luôn tìm kiếm, nghiên cứu và khai thác các hợp chất từ tự nhiên và sử dụng chúng như

là những phương thuốc phòng và trị bệnh Một trong những ứng dụng đó là thực phẩm chức năng, tức những loại thực phẩm không chỉ cung cấp năng lượng mà còn mang lại các lợi ích khác cho cơ thể như ổn định hệ vi sinh vật đường ruột, hỗ trợ tiêu hóa và tăng cường sức đề kháng,…

Mặt khác, nước ta còn là một nước nông nghiệp giàu tiềm năng trong việc cung cấp các loại hạt ngũ cốc, trong đó đậu nành và gạo lức là một thế mạnh Thành phần dinh dưỡng của đậu nành rất đa dạng, đầy đủ protein, lipid, carbohydrate, các hợp chất sinh học quý như polyphenol, lecithin, saponin,… và là nguồn dinh dưỡng tuyệt vời, chúng giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến sức khỏe và tình trạng thiếu ăn trên thế giới Protein đậu nành có tác dụng hữu hiệu trong việc làm giảm cholesterol trong máu, tức làm giảm nguy cơ liên quan đến các bệnh tim mạch, cao huyết áp, chúng cũng góp phần ngăn cản sự phát triển của các mầm ung thư, ngăn ngừa bệnh thận và tiểu đường Tuy nhiên cho đến nay đậu nành vẫn nằm trong nhóm các nguyên liệu, sản phẩm và dịch vụ có sức cạnh tranh kém trong nền kinh tế quốc dân Một trong những

lý do chính là ít sản phẩm mới từ đậu nành có giá trị công nghiệp, các sản phẩm truyền thống từ đậu nành thường mặn, không ăn được một lượng lớn mỗi khẩu phần, các phụ phế phẩm (xơ) chưa được tận dụng đúng mức,… [6] Gạo lức có thành phần dinh dưỡng và dược chất cần thiết cho cơ thể như tinh bột, protein, lipid, vitamine, acid folic,… Sự kết hợp giữa đậu nành và gạo lức sẽ cho ra một loại sản phẩm thực phẩm nguồn gốc thực vật tự nhiên có giá trị dinh dưỡng cao và hoàn toàn có lợi cho sức

1

2

khỏe Hơn thế nữa, các chủng vi sinh vật Lactobacillus sp và Bacillus subtilis là

những chủng vi sinh vật có hoạt tính probiotic cao Hiện nay trên thị trường có một số

chế phẩm chức năng như Biosubtyl, Bioacimin,… chứa chủ yếu Bacillus subtilis và vi

khuẩn lactic dạng bột khô, trong các chế phẩm trên có khoảng 108 CFU/g mỗi giống vi

khuẩn Bacillus subtilis sản sinh chủ yếu hệ enzyme amylase, protease có tác dụng

phân cắt tinh bột, protein của đậu nành và gạo lức thành những hợp chất giúp cơ thể dễ

dàng hấp thu hơn Lactobacillus sp sinh acid lactic và bacteriocin có tác dụng bảo

quản rất tốt, khi chúng được bổ sung vào sản phẩm sẽ làm tăng giá trị của sản phẩm cả

về mặt dinh dưỡng lẫn chức năng Vì vậy, để sử dụng hữu hiệu hơn nguồn nguyên liệu truyền thống và nhằm đa dạng hóa các sản phẩm dinh dưỡng chức năng, tôi đã thực

hiện đề tài “Nghiên cứu một số hoạt động sinh học của Lactobacillus sp và Bacillus

subtilis để chế biến thức uống chức năng từ đậu nành và gạo lức”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Công trình này được thực hiện với mục đích cần đạt là tạo ra sản phẩm thức uống phong phú, giàu thành phần dinh dưỡng và các giá trị chức năng từ nguyên liệu đậu

nành và gạo lức nhờ tác dụng sinh học của Bacillus subtilis và Lactobacillus sp Qua

đó hiểu được một số hoạt động sinh học cơ bản giữa hai chủng Lactobacillus sp và

Bacillus subtilis khi bổ sung vào sản phẩm

1.3 Nội dung nghiên cứu

Bao gồm các nội dung chính sau:

- Nghiên cứu một số hoạt động sinh học như sinh tổng hợp acid lactic và bacteriocin

của vi khuẩn lactic, các enzyme amylase và protease của Bacillus subtilis

- Nghiên cứu ảnh hưởng của acid lactic và bacteriocin do Lactobacillus sp sinh ra đối với Bacillus subtilis

- Nghiên cứu ảnh hưởng của dịch nuôi cấy Bacillus subtilis đến Lactobacillus sp

- Tạo sản phẩm thức uống chức năng từ nguyên liệu đậu nành và gạo lức nhờ tác dụng

sinh học của Bacillus subtilis và Lactobacillus sp Qua đó, xác định tỷ lệ giống

Bacillus subtilis sử dụng và thời điểm, tỷ lệ bổ sung Lactobacillus sp., đồng thời khảo

sát một số biến đổi của các chỉ tiêu dinh dưỡng diễn ra trong quá trình bảo quản sản phẩm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Thực phẩm chức năng

2.1.1 Khái niệm thực phẩm chức năng

Khái niệm và tên gọi về thực phẩm chức năng bắt nguồn từ Nhật Bản Vào năm 1980 Bộ Y tế và Sức khỏe của nước này bắt đầu xây dựng hệ thống tổ chức trong Bộ, tổ chức này có nhiệm vụ điều chỉnh và công nhận những loại thực phẩm

có hiệu quả cải thiện sức khỏe của cộng đồng dân cư Họ cho phép ghi trên nhãn hiệu hàng hóa thực phẩm sử dụng cho sức khỏe con người, được viết tắt từ cụm từ tiếng Anh là FOSHU (Foods for Specified Health Use) Sau hơn 20 năm hoạt động trên lĩnh vực này, đến tháng 9 năm 2001 đã có trên 271 sản phẩm thực phẩm mang nhãn hiệu FOSHU Ở Nhật, thực phẩm chức năng được định nghĩa như sau:

Những loại thực phẩm có hiệu quả lên sức khỏe bởi các chất dinh dưỡng truyền thống và các hoạt chất sinh học có chứa trong nó, người ta gọi là thực phẩm chức năng Sau đó, thực phẩm chức năng xuất hiện trên nhiều nước khác

Ở Mỹ quan điểm về thực phẩm chức năng của ADA (The American Dietetic

Association): Thực phẩm chức năng là bao gồm tất cả các thành phần có trong nó

và cũng là thực phẩm được làm mạnh thêm, làm giàu thêm hoặc nâng cao thêm yếu tố nào đó, có hiệu quả tiềm năng đến sức khỏe khi tiêu thụ một phần nó trong khẩu phần có nhiều loại một cách thường xuyên với mức độ có tác dụng

Theo FDA thì thực phẩm chức năng là loại thực phẩm cung cấp các chất dinh dưỡng cơ bản có ích cho sức khỏe Thực phẩm chức năng là thực phẩm mà nếu ăn

nó, thì sức khỏe sẽ tốt hơn khi không ăn nó Ví dụ như rau xanh và trái cây có chứa đủ chất để làm tăng cường sức khỏe Những chất có hoạt tính sinh học trong thực phẩm chức năng có ích cho sức khỏe hoặc có ảnh hưởng sinh lý theo hướng mong muốn

Theo IFIC (The International Food Information Council) thì thực phẩm chức năng là thực phẩm có lợi cho sức khỏe bởi các chất dinh dưỡng cơ bản

Theo ILSI (The International Life Sciences Institute of North America) thì thực phẩm chức năng là loại thực phẩm có chứa hoạt tính sinh học có ích cho sức khỏe trên cơ sở các chất dinh dưỡng cơ bản

3

Viện nghiên cứu Y học của Viện hàn lâm khoa học Mỹ cho rằng thực phẩm chức năng là thực phẩm có chứa một hay nhiều hơn những nguyên liệu thực phẩm

có sửa đồi để nâng cao hiệu quả cho sức khỏe

Ở Trung Quốc thì thực phẩm chức năng được coi là thực phẩm bao gồm các chất dinh dưỡng như thực phẩm bình thường, nhưng đặc biết có chứa yếu tố thứ hai hay thứ ba có tác dụng phòng chống bệnh như là dược liệu

Tại Việt Nam từ 1990-1991, Viện Dinh dưỡng đã xác định thực phẩm chức năng là thực phẩm có chứa các chất có hoạt tính sinh học cần thiết cho sức khỏe bao gồm cả thực phẩm chế biến cải tiến, thức ăn cổ truyền dân tộc và các thành phần không dinh dưỡng khác có tác động đặc biệt và cần thiết cho sức khỏe

Thuộc tính chức năng nói lên vai trò sinh học của một hay nhiều chất dinh dưỡng chức năng có trong thực phẩm truyền thống, nó được phát hiện ra với những thành phần các chất đặc biệt có hữu ích cho sức khỏe Cần phải có sự kết hợp nghiên cứu yểm trợ để xác định hiệu quả sức khỏe cũng như nguy cơ của thực phẩm chức năng khi ăn đơn điệu chúng với những thành phần có hoạt tính sinh lý mạnh trong thực phẩm chức năng Chuyên ngành dinh dưỡng sẽ tiếp tục cùng với công nghệ thực phẩm, nhà nước, hội đồng khoa học và các cơ quan truyền thông phải có những chỉ dẫn chính xác rõ ràng về mặt khoa học của thực phẩm và dinh dưỡng để người tiêu thụ biết cách áp dụng

Khi nghiên cứu về thực phẩm chức năng và thuốc trị bệnh, người ta thấy nó như là vùng giao thoa giữa thực phẩm và thuốc Nó vừa chứa các chất dinh dưỡng như là thực phẩm truyền thống, lại vừa có hoạt chất sinh học có tác dụng phòng trị bệnh như là thuốc [2]

2.1.2 Phân loại thực phẩm chức năng

Có nhiều cách phân loại thực phẩm chức năng, sau đây xin giới thiệu một vài cách phân loại thường gặp:

2.1.2.1 Phân loại dựa vào cấu tạo hóa học

Dựa vào đặc tính cấu tạo hóa học người ta chia các chất dinh dưỡng chức năng theo các nhóm như: các chất xơ chức năng trong dinh dưỡng; các loại đường đa phân tử chức năng (oligosaccharides); acid amine, pedtide và prtotein chức năng; vitamine và khoáng chất; vi khuẩn sinh acid lactic, acid butyric; acid béo chưa no; các loại sắc tố thực vật

4

2.1.2.2 Thực phẩm chức năng có nguồn gốc động vật

Những loại thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ động vật bao gồm: cá

và dầu cá; sữa và các sản phẩm từ sữa; sữa chua probiotic Ngoài ra còn có: Sản phẩm sữa điều trị giàu chất xơ: là loại sữa được thay thế chất béo bởi chất xơ tan, từ rau quả Đây là loại sữa có hàm lượng cholesterol rất thấp, được sử dụng phổ biến tại Hoa Kỳ và Nhật Bản Chất oligosaccharide bổ sung

vào sữa có tác dụng kích thích vi khuẩn Bifidobacterium ở ruột già phát triển,

ức chế lên men thối

Sữa giàu γ-globulin: người ta sử dụng những chủng vi sinh vật đặc biệt (bioincubator) để sản xuất tạo nhiều γ-globulin trong sữa với mục đích điều trị bệnh

Lactoferrin: một dạng protein có chứa sắt có trong sữa động vật có chức năng đề kháng sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh Nó được coi là một phụ gia thực phẩm thiên nhiên thay thế nhiều phụ gia hóa học khác trong chế biến thịt hộp, lạp xưởng, xúc xích Nó không chỉ có tác dụng sinh học cao mà còn làm giảm lượng vi sinh vật có hại gây bệnh trong đường ruột và dạ dày

Phô mai cải tiến: sử dụng chủng vi sinh vật kết hợp với quy trình chế biến

để làm giảm cholesterol, giảm lượng béo và natrium trong phomai, rất tốt cho người bệnh tim mạch Chủng vi sinh vật đặc biệt này làm thay đổi thành phần chất lượng dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe, có tác dụng phòng và điều trị bệnh

2.1.2.3 Thực phẩm chức năng có nguồn gốc thực vật

Một số thực phẩm chức năng có nguồn gốc thực vật phổ biến như cà chua, tỏi, các loại rau cải, cam quýt, rượu vang và nho đỏ, trà, đậu nành và gạo lức Với hàm lượng chất xơ cao, gạo lức cũng như đậu nành, trái cây sấy khô được khuyên dùng thường xuyên Chất xơ kết dính độc chất trong lòng ruột

và kéo theo đường đào thải sẽ làm giảm sự tích tụ chất độc trong ruột già là một trong những yếu tố gây ung thư trực tràng [48]

Gạo lức và ngũ cốc nguyên cám có thành phần chủ yếu là tinh bột đi kèm chất xơ nên không bị hấp thu nhanh như gạo trắng tinh, ngoài ra đây còn là nguồn vitamine nhóm B, Mg có tác dụng hạ huyết áp, hạ thấp “cholesterol xấu” LDL và giảm nguy cơ bị đái tháo đường [46]

5

Bảng 2.1 Hệ thống phân loại FOSHU [40]

Tuyên bố về sức khoẻ Yếu tố chức năng Số sản

Probiotics:

lactobacillus, bifidobacterium

336

Nước giải khát, yaourt, bánh biscuit, đường viên, đậu nành đông, dấm, chocolate, soup bột, sữa lên men, miso soup, ngũ cốc

Thực phẩm cho người

có cholesterol máu cao

Đạm đậu nành, alginate, chitosan, sitosterol ester

28

Nước giải khát, thịt viên, xúc xích, sữa đậu nành, bánh biscuit, margarin

Thực phẩm cho người

có huyết áp cao Chuỗi acid amin 42

Nước giải khát, soup, acid lactic, nước uống lên men, đậu nành

Thực phẩm cho người

có triacyglycerol huyết

thanh cao

Diaglycerol và sitosterol 9 Dầu ăn Thực phẩm liên quan

người quan tâm đến

đường huyết

Bột mì albumin, tiêu hoá globin, polyphenol 4 Kẹo, soup, nước giải khát.

Đặc biệt, đậu nành và gạo lức là thực phẩm truyền thống của nhiều nước trên thế giới, kể cả Việt Nam Ngày nay, ngoài quan tâm đến giá trị dinh dưỡng protein của nó, từ thập kỷ 90 đến nay, người ta còn chú ý nhiều đến các chất dinh dưỡng chức năng trong đậu nành Nó là loại thực phẩm có khả năng phòng chống các bệnh tim mạch, ung thư, bệnh loãng xương và những biểu hiện của hội chứng tiền mãn kinh Món ăn cổ điển và nổi tiếng nhất trong phương pháp chữa bệnh bằng thực phẩm là “cơm gạo lức muối mè” Vật liệu cũng như cách nấu nướng đã có từ ngàn xưa ở nước ta nói riêng và Á Đông nói chung Theo Ohsawa, nhà dưỡng sinh người Nhật nhận định đó

là “phương pháp ăn uống theo dịch lý Âm Dương” có sẵn trong nền

6

Đông Y trên 5000 năm Ohsawa cho rằng với người bệnh mà âm dương thịnh suy thế nào sau một thời gian ăn gạo lức muối vừng, cơ thể sẽ dần trở lại thế quân bình hoàn hảo Khi nấu cơm gạo lức, ta rửa gạo nhưng không vo mạnh tay, ngâm nước khoảng 2 giờ, cứ 2 phần nước thì 1 phần gạo, để lửa nhỏ cho đến khi cơm chín Ở nước ta, sau nhiều năm nghiên cứu thực hành phương pháp ăn uống dưỡng sinh, chúng ta cũng đã có 2 thực đơn cơm gạo lức muối mè, một dùng cho người bình thường và một dùng cho người bệnh [9]

Ngoài cách phân loại trên, một số nước còn có các cách phân loại khác nhau Ở Nhật Bản, bảng phân loại hệ thống FOSHU (Food for Specific Health Use) như bảng 2.1

2.2 Nguyên liệu đậu nành

2.2.1 Cây đậu nành

Đậu nành được xem là một trong những cây trồng cổ nhất của thời đại, chúng

có nguồn gốc từ phương đông, được thuần hóa đầu tiên ở Trung Quốc vào khoảng năm 644 trước công nguyên nhưng trước đó đã trở thành một loại cây trồng vào khoảng 1700-1100 trước công nguyên hoặc sớm hơn Sau khi lan khắp Trung Quốc thì tới bán đảo Triều Tiên vào khoảng thế kỷ I sau công nguyên, sau đó tới Nhật Bản, Đông Nam Á và Trung Á từ thế kỷ I đến thế kỷ XVI Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, con người đã tìm thấy vai trò của đậu nành trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là thực phẩm Vì vậy đậu nành ngày càng được trồng ở nhiều nơi trên thế giới Ở nước ta, đậu nành được trồng nhiều ở Sơn La, Lào Cai, Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Nội, Hà Nam, vào tới Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu, An Giang,… [6, 50]

Cây đậu nành có tên khoa học là Glycine max (L) Merrill thuộc họ

Leguminosae, chủng Papilionoidae, là loài cây thân thảo hàng năm, thân mảnh,

cao từ 50-150cm, có lông, các cành hướng lên trên Lá mọc so le nhau Hoa trắng hoặc tím, xếp thành chùm ở nách Quả hình lưỡi liềm dài từ 3-4cm, rộng 0,8cm, nhiều lông nhỏ bao phủ Mỗi quả có từ 3-5 hạt, hạt hình cầu thon, có màu sắc thay đổi tùy theo giống Đậu nành có nhiều màu sắc khác nhau, trong đó đậu nành có màu vàng là loại tốt nhất nên được trồng và sử dụng nhiều [6, 8]

Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt: pH của đất trồng: 6,0-6,5; nhiệt độ: 25-30oC; lượng mưa: 500-700mm; đất trồng có nhiều mùn hữu cơ với độ ẩm trung bình; thời kỳ trồng: cuối mùa xuân, đầu mùa hè

7

Ở nước ta, đậu nành trồng thích hợp vào vụ hè thu ở miền núi và trung du phía bắc, vụ đông xuân ở đồng bằng sông Cửu Long Ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ

có hai vụ: một vụ gieo tháng 5 và gặt tháng 8, một vụ gieo tháng 8 và gặt tháng 11

Hình 2.1 Cây đậu nành [49]

2.2.2 Hạt đậu nành

Đậu nành có nhiều hình dạng khác nhau như tròn, bầu dục, tròn dài, tròn dẹt, chùy dài Đậu nành có màu vàng, xanh, nâu hoặc đen và có các màu trung gian Cấu trúc hạt hạt đậu nành gồm 3 bộ phận chính: vỏ hạt chiếm 8% trọng lượng hạt, phôi chiếm 2% trọng lượng hạt, tử diệp chiếm 90% trọng lượng hạt [14]

Hình 2.2 Quả và hạt đậu nành [44]

Vỏ là lớp ngoài cùng của đậu nành, có nhiều loại màu sắc và là yếu tố cho việc xác định giống đậu nành Vỏ hạt có tác dụng bảo vệ phôi mầm chống lại nấm và vi khuẩn

Phôi là rễ mầm, phần sinh trưởng của hạt khi hạt nảy mầm

8

Tử diệp gồm hai lá mầm tích trữ dinh dưỡng cho hạt Chứa hầu hết các

protein, lipid của hạt, có màu xanh trước khi hạt chín và chuyển thành màu vàng

khi hạt chín [14]

2.2.3 Thành phần hóa học

Đậu nành có nguồn protein cao nhất trong các loại đậu, hạt; giàu chất béo,

carbohydrate, chất xơ, vitamine, chất khoáng, Protein đậu nành được coi là

nguồn protein thực vật quan trọng nhất chiếm 70% tổng số protein, dùng cho dinh

dưỡng trên phạm vi toàn cầu Trong khi đó protein động vật chỉ chiếm 30% Ưu

điểm của protein đậu nành là giá thành rẻ, giá trị dinh dưỡng cao và có nhiều tính

chất, chức năng phù hợp với nhiều loại sản phẩm Ở mức độ sản xuất hiện nay,

đậu nành cung cấp khoảng 20% lượng chất béo, nhiều hơn bất kỳ nguồn động vật

đơn lẻ nào khác Một kilogam đậu nành có chứa các hợp chất dinh dưỡng ngang

với 7,5 lít sữa bò hay 2,5 kg thịt hoặc 58 trái trứng Để có được 1kg chất đạm dinh

dưỡng từ động vật cần sản xuất một lượng thành phẩm nhiều gấp 10 lần so với đậu

nành Protein đậu nành không khác biệt nhiều so với protein động vật và cơ thể

con người tiêu hóa cả 2 như nhau Ngoài ra trong hạt đậu nành còn cơ các hoạt

chất sinh học quý như polyphenols, lecithin, saponin, phytoestrogen

(isoflavonoids, lignans, isoflavones, coumestans,…) là nguồn dược liệu quý có

tính năng đa dạng bảo vệ cơ thể phòng và chống nhiều bệnh hiểm nghèo [6] Đậu

nành có hàm lượng dinh dưỡng thay đổi rộng phụ thuộc vào giống và điều kiện

trồng trọt Thành phần các chất trong hạt đậu nành được cho trong bảng 2.2

Thành phần acid amine trong protein của đậu nành ngoài hai thành phần

methionine và tryptophane còn có các acid amine khác, có số lượng khá cao tương

9

đương lượng acid amine có trong thịt Thành phần acid amine được cho trong

bảng 2.3

Thành phần khoáng chiếm khoảng 5% trọng lượng khô của hạt đậu nành

Trong đó, đáng chú ý nhất là Ca, P, Mn, Fe Ngoài ra trong đậu nành còn chứa rất

nhiều vitamine khác nhau, trừ vitamine C và D Thành phần các chất khoáng và

vitamine của đậu nành cho trong bảng 2.4 và bảng 2.5

Bảng 2.3 Thành phần acid amine trong protein đậu nành [14]

Isoleucine 1,1% Phenylalanine 5,0% Leusine 7,7% Threonine 4,3% Lysine 5,9% Tryptophane 1,3% Methionine 1,6% Valine 5,4% Cysteine 1,3% Histidine 2,6%

Bảng 2.4 Thành phần khoáng trong protein đậu nành [14]

Biotine 0,8 Vitamine K 1,9 Acid pantothenic 13,0-21,5

10

Bảng 2.6 Thành phần carbohydrate trong đậu nành (so với khối lượng chất khô

trong đậu nành) [31]

Cellulose 4,0 Hemicellulose 15,4

Các loại đường khác 5,1

Bảng 2.7 Thành phần các acid béo trong dầu đậu nành [31]

Acid béo Ký hiệu % khối lượng so với lipid tổng

Chất béo của đậu nành chiếm khoảng 20%, tập trung chủ yếu trong phần tử

diệp của hạt Thành phần của chất béo gồm 6,4-15,1% acid béo no (acid stearic,

acid archidic) và 80-93,6% acid béo không no, chủ yếu là acid linoleic, acid

linolenic, acid oleic, trong đó acid linoleic chiếm tỷ lệ tương đối cao Chất béo

không no có lợi cho sức khỏe hơn là chất béo no Tuy nhiên, các acid béo không

no dễ bị oxy hóa và giảm chất lượng

11

Dầu đậu nành: chiếm 96% chất béo trong hạt đậu nành, có màu vàng nhạt Trên 80% acid béo trong dầu đậu nành là acid béo không no, trong đó oleic và linoleic chiếm lượng nhiều nhất Dầu đậu nành được tiêu hóa dễ dàng với thành phần các acid béo không no và không có cholesterol, có vai trò sinh học cao đối với con người [30, 31, 34, 38]

2.2.4 Giá trị y học của đậu nành

- Thực phẩm (FDA) của Mỹ, nếu mỗi người sử dụng 25g protein đậu nành mỗi ngày (tương đương 70 – 80g đậu nành) thì có thể ngăn chặn được bệnh tim mạch Theo Đỗ Tất Lợi, trong y dược, đậu nành thường được phối hợp với bột ngũ cốc làm thức ăn bổ dưỡng cho trẻ sơ sinh, bệnh phẩm, người lao động quá sức,… Sở dĩ được như vậy là do các tác dụng của amino acid trong đậu nành, đặc biệt là glycine và arginine

So sánh chế độ dinh dưỡng và bệnh tim mạch ở Mỹ và Nhật Bản cho thấy

có sự khác biệt trong tỷ lệ người bệnh và số người tử vong Số người tử vong

vì bệnh này ở Nhật thấp hơn ở Mỹ tới 6 lần Người Nhật sống ở Hawaii bị nhồi máu cơ tim cao hơn người Nhật sống ở Mỹ và thấp hơn người Nhật sống trên đất Phù Tang, điều đó chứng tỏ ngoài nguyên nhân di truyền, bệnh tim còn chịu ảnh hưởng của môi trường với chế độ ăn uống và nếp sống, người Nhật sống tại quê hương tiêu thụ rất nhiều chất đạm do đậu nành cung cấp Đậu nành chứa các loại amino acid, globulin, isoflavones, saponins, trypsine và acid linoneic,… là các chất tốt cho sức khỏe, chẳng hạn acid linoneic được xem là chất có tính chống co thắt mạch máu giúp điều hòa nhịp đập, chất genistein (thuộc nhóm isoflavones có trong đậu nành) có thể ngăn ngừa hiện tượng đông máu bất thường trong mạch máu [40, 43, 51]

2.2.4.2 Đậu nành và ung thư

12

Ung thư là mối đe dọa lớn của nhân loại mà nguyên nhân vẫn chưa hoàn toàn sáng tỏ Chế độ dinh dưỡng có đậu nành được nhiều nghiên cứu cho là có khả năng làm giảm nguy cơ gây vài loại ung thư có liên hệ tới kích thích tố như ung thư vú, ung thư tử cung

Trong bệnh ung thư, tế bào bất thường tăng trưởng và sinh sản vô chừng mực, xâm lấn tiêu hủy tế bào lành rồi lan ra khắp cơ thể Các tế bào này xuất hiện dưới tác dụng của những tác nhân gây ung thư mà thực phẩm là một trong những nguồn cung cấp: nitrit trong chế biến thịt, aflatoxin trong đậu phộng, hóa chất trong thuốc trừ sâu,… Nhưng thực phẩm cũng chứa nhiều chất chống ung thư mà đậu nành nằm trong nhóm này, đó là nhờ estrogen thực vật, choán chỗ không cho estrogen thường trong máu bám vào các tế bào của nhũ hoa, tử cung để gây ung thư Nhiều nghiên cứu cho thấy các chất có tác dụng tốt như nội tiết tố nữ cũng có tác dụng chống ung thư Isoflavones trong đậu nành có chức năng chống oxy hóa, chủ yếu là chức năng diệt gốc tự do gây độc trong thực phẩm và trong hệ thống sinh học Nguyên nhân sinh ra gốc

tự do là do ion O2- được hình thành do oxy nguyên tử, đóng vai trò quan trọng trong việc bắt đầu xảy ra các phản ứng oxy hóa Sự tăng nhiều gốc tự do quá mức dẫn đến việc oxy hóa chất béo trong thực phẩm và trong cơ thể, các gốc

O2- liên quan đến những phản ứng oxy hóa tạo thành H+, H2O2, O2,… những chất này có thể oxy hóa phá vỡ cấu trúc lipid, protein và DNA Sự hình thành gốc tự do cũng liên quan đến quá trình lão hóa cơ thể dẫn đến các bệnh mãn tính liên quan đến tuổi tác như tim mạch, ung thư [37, 39] Mặt khác isoflavones trong đậu nành còn có chức năng trị liệu, chúng làm giảm bớt nguy cơ bệnh tật do thiếu estrogen gây ra [37]

2.2.4.3 Đậu nành và bệnh thận

Thận có chức năng phế thải chất bã do chuyển hóa đạm, nước, sinh tố, khoáng chất dư trong cơ thể, độc chất trong thực phẩm Người mắc bệnh thận các chức năng này bị suy yếu Tiết giảm đạm thức ăn là một phương thức trị liệu để bớt nặng nhọc cho thận Khi đạm động vật được thay thế bằng đạm thực vật như đậu nành thì số lượng protein trong nước tiểu giảm, chứng tỏ thận bớt phải làm việc quá sức Đạm đậu nành cũng làm giảm nguy cơ bệnh sạn thận bằng cách không để calcium thất thoát qua nước tiểu Isoflavones trong đậu nành còn làm giảm bớt cảm giác nóng bừng mặt trong thời kỳ mãn kinh của nữ giới, làm tăng tính miễn dịch, làm giảm các triệu chứng của tiểu đường, bớt sạn túi mật [40, 43, 51]

13

2.2.4.4 Đậu nành và làm đẹp

Trong đậu nành có chứa isoflavones – một chất chống lão hóa giúp phụ nữ trẻ lâu, tái tạo các mô, sung sức, tăng trí nhớ và làm cứng xương Vì vậy trong thực phẩm chức năng dành cho phụ nữ luôn có thành phần của đậu nành Một vài nghiên cứu cho thấy, isoflavones trong thực phẩm này là nhân tố tích cực cho việc giảm mất tế bào xương Isoflavones còn ngăn chặn quá trình gãy xương và có hiệu ứng tương tự như estrogen trong việc bảo trì các mô xương Ngoài ra trong đậu nành còn chứa một lượng lớn các chất xơ Khi chúng ta ăn, các chất này sẽ quấn lấy thành phần chất béo và cholesterol trong thức ăn, ngăn cản chúng hấp thụ vào cơ thể [40, 43, 51]

2.3 Nguyên liệu gạo lức

2.3.1 Giới thiệu

Gạo lức, gạo lứt hay gạo rằn (tên tiếng Anh là brown rice) là loại gạo chỉ xay

bỏ vỏ trấu, chưa được xát bỏ lớp cám gạo Đây là loại gạo rất giàu dinh dưỡng đặc biệt là các vitamine và nguyên tố vi lượng [41]

Hình 2.3 Gạo lức [56]

2.3.2 Thành phần hóa học

Bảng 2.8 Thành phần hóa học của gạo lức [10]

Tên sản phẩm Hàm lượng theo chất khô (%)

Protein (Nx6,25) Chất béo Tro Cellulose

Gạo xay nguyên (gạo lức) 8,76 1,87 1,42 0,84

14

Quy trình sản xuất các loại gạo bao gồm: làm sạch tạp chất – xay để tách vỏ

trấu – xát để thu gạo trắng Sau khi làm sạch, hàm lượng protein, lipid gần như

không thay đổi Sau khi xay, trấu được tách ra và người ta thu lấy gạo xay, đây

chính là gạo lức Thành phần hóa học của gạo lức được cho trong bảng 2.8 và

bảng 2.9 Hàm lượng protein của gạo lức nằm trong khoảng từ 6,6-7,3%; từ

6,2-6,9% ở gạo thường và từ 8,2-8,4% trong gạo Basmati Hàm lượng protein (cũng

như chất béo) sẽ giảm tuyến tính với sự tăng mức độ xay xát, các chất này tập

trung chủ yếu ở tầng ngoại biên hạt thóc dưới lớp vỏ cứng (kernel) Sự khác biệt

về hàm lượng protein hòa tan giữa gạo thường và gạo lức được cho trong bảng

Lúa miến

Protein (Nx6,25) (%) 7,3 10,6 9,8 11,0 8,3

Chất béo (%) 2,2 1,9 4,9 2,4 3,9 Carbohydrate có giá

Bảng 2.10 So sánh hàm lượng protein hòa tan giữa gạo thường và gạo lức [39]

Loại gạo Albumin (%) Globulin (%) Prolamin (%) Glutelin (%)

Gạo thường 9,7-14,2 13,5-18,9 3,0-5,4 63,8-73,4

Gạo lức 18,8-20,8 12,5-14,5 66,0-67,7

15

Bảng 2.11 Hàm lượng acid amine, vitamine, khoáng chất của gạo lức [26]

Lysine 3,8g/16gN Tryptophane 1,1g/16gN Threonine 3,6g/16gN Chỉ số amino acid 66%

Methionine + Cysteine 3,9g/16gN Tannin 0,4%

Sắc tố này sẽ chuyển thành cyanidin và peonidin khi thủy phân Sắc màu hỗn hợp

từ màu nâu, màu đỏ đến màu tía đậm có thể do sự thay đổi hóa học khác nhau như

hydroxylation, glycoxylation, methylation, acylation, và polymerization của

phân tử anthocyanidin căn bản, tách rời khỏi tác động của pH [25]

Các điều kiện xử lý ảnh hưởng đến màu của gạo lức, màu của gạo thay đổi trong suốt quá trình ngâm và xử lý hơi nước sau đó Màu đỏ và vàng của cám gạo khuyếch tán từ cám vào nội nhũ Mặt khác, gạo có vẻ bóng láng do các chất lipid chuyển từ trong ra ngoài hạt gạo [33]

Sắc tố anthocyanin nổi bật vì những lợi ích sức khỏe của nó với vai trò chất dinh dưỡng chống oxy hóa Anthocyanidin là một trong số loại hợp chất flavonoid được phân bố bởi polyphenol thực vật Flavonol, flavan-3-ols, flavones, flavanonols là những loại flavonoid mà trạng thái oxy hóa của chúng khác với anthocyanidin Có những bằng chứng dịch tễ học đáng kể về thức ăn có sắc

tố anthocyanidin và hợp chất polyphenol có vai trò trong việc ngăn ngừa và điều trị một số bệnh ở người Vài hợp chất flavonoid kìm hãm sự phát triển khối u Một vài chuyên gia còn kết luận về hiệu quả kháng ung thư của trái cây và rau củ [45]

Như vậy, so với gạo trắng, gạo lức có lượng protein và muối khoáng cao hơn nhưng lại có phytin, chất xơ và các thành phần phi dinh dưỡng nhiều hơn nằm trong phần cám Mặt khác gạo lức khó tiêu hóa hơn gạo trắng Tuy nhiên, phần nhiều vitamine B nằm trong cám gạo, vitamine B1 có khoảng 250γ/100g

16

Ngoài ra còn có vitamine B2 (riboflavin), B3, B6, B9, PP, một ít vitamine A, D và rất nhiều vitamine E Đặc biệt acid linoleic chiếm 30% trong chất dầu của cám gạo lức, chất này chỉ có trong sữa mẹ Vitamin B9 tăng cường việc tạo hồng cầu, B6 giúp điều hòa thần kinh, B1 giúp chuyển hóa carbohydrate thành năng lượng [9]

Ngâm gạo lức một ngày trước khi nấu sẽ kích thích quá trình nẩy mầm của hạt gạo, khi gạo nẩy mầm, các enzyme đang ở trạng thái ngủ sẽ hoạt động để cung cấp nguồn dinh dưỡng tốt nhất Gạo nẩy mầm còn chứa nhiều chất xơ, vitamin và khoáng chất hơn gạo chưa nẩy mầm Nó còn chứa một lượng lysine (acid amine giúp tế bào tăng trưởng) cao gấp 3 lần và lượng γ-aminobutyric acid (một dưỡng chất có lợi cho thận) cao gấp 10 lần so với hạt chưa nẩy mầm [42]

2.3.3 Giá trị dinh dưỡng và y học của gạo lức

Cho đến nay, có khá nhiều món ăn đậm đà chất Việt được chế biến từ gạo lức

Đó là các món ăn bình dân như cháo gạo lức ăn với cá bống kho rim từ quang gánh của Mệ Thức (Bến Ngự - Huế), món Mì Quảng làm từ gạo lức nâu đỏ ở Quảng Nam, đến món Bánh đúc của vùng Đại Lộc B được cư dân cúng tế trong lễ Hội Bà sông Thu Bồn hàng năm ở huyện Duy Xuyên (Quảng Nam) hay món lẩu Ngũ Hành độc đáo dùng với cơm gạo lức nấu vừa nở thay cho bún, miến xuất hiện trong nhà hàng sang trọng Bên cạnh những thức uống đơn giản như nước gạo lức rang, trà gạo lức, còn có nhiều loại rượu được nấu từ gạo lức mà gây dựng nên

“thương hiệu” nổi tiếng như rượu nếp Gò Đen – đặc sản của người dân làng nghề nấu rượu truyền thống khu vực thị xã Bến Lức, huyện Long An [7]

Mặt khác, trên thị trường cũng xuất hiện nhiều sản phẩm làm từ gạo lức như sản phẩm bột gạo lức, thứ bột dinh dưỡng dùng cho trẻ em và người lớn (sản phẩm của công ty Cổ Phần Thực Phẩm Bích Chi, công ty Nestlé Việt Nam) Đặc biệt, vào những tháng đầu năm 2008, công ty Nestlé Việt Nam cho ra đời một sản phẩm Prebio 1 “Gạo lức – quả mâm xôi – sữa chua DHA”, tên tiếng Anh là “Brown rice with yoghurt and raspberry” chứa 107 (CFU/g) Bifidobacterium dành cho trẻ từ 8-

24 tháng tuổi [7]

Các nhà khoa học đã tìm thấy trong chất cám bọc ngoài hạt gạo lức có chất dầu tên là tocotrienol factor (TRF) có tác dụng khử những chất hóa học gây nên hiện tượng đông máu và đồng thời làm giảm cholesterol Ngoài ra dầu cám còn chứa selen vừa chống lão hóa vừa chống lại sự phá hủy, biến dị tế bào nên có khả năng chống ung thư Glutathion trong cám có tác dụng chống bụi phóng xạ Ngoài

17

ra, trong chất cám bọc ngoài gạo lức còn có thêm một chất khác có khả năng chống lại chất xúc tác enzyme HMG-CoA, một chất có khuynh hướng giúp gia tăng lượng cholesterol xấu LDL Gạo lức cũng chứa GABA (gamma amino butyric acid), squalence là những chất cần thiết để làm da sáng bóng, mịn màng, làm mờ những vết nhăn, không bị thô nhám Với nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày của chúng ta thì 100g gạo lức có 43mg Mg (12% nhu cầu hàng ngày), 1mg Mn, 2mg Niacin (11%), 83mg P (10%), 23g carbohydrate, 3g protein, 1g chất béo Khi

ăn gạo lức, phức hợp carbohydrate sẽ tiêu hóa và biến thành đường chậm nên không làm tăng đường huyết đột ngột sau bữa ăn như gạo chà sạch cám

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định chất màu trong gạo lức chính là anthocyanidin, là chất màu thực vật thuộc nhóm flavonoid Chất được biết nhiều nhất là rutin, có khả năng đồng hóa vitamine C, nó tham gia vào khả năng bảo vệ của collagen và mạch máu, nhất là mao mạch Flavonoid giữ vai trò chống oxy hóa quan trọng và những nghiên cứu mới đây cho thấy rằng tiêu thụ thường xuyên các chất này sẽ giảm được tần suất mắc bệnh tim mạch

Ngoài ra, với hàm lượng chất xơ cao, gạo lức cũng như đậu nành, trái cây sấy khô được khuyên dùng thường xuyên Chất xơ kết dính độc chất trong lòng ruột và kéo theo đường đào thải sẽ làm giảm sự tích tụ chất độc trong ruột già là một trong những yếu tố gây ung thư trực tràng

Gạo lức và ngũ cốc nguyên cám là những tinh bột đi kèm chất xơ khiến cho không bị hấp thu nhanh như gạo trắng tinh, ngoài ra đây còn là nguồn vitamin nhóm B, Mg làm hạ huyết áp, hạ chất “cholesterol xấu” LDL và giảm nguy cơ bị đái tháo đường [42, 46, 48]

2.4 Vi khuẩn lactic

2.4.1 Tổng quan về vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic là vi khuẩn Gram (+), không tạo bào tử, kỵ khí tùy nghi, hầu hết không di động Tế bào ở dạng cầu khuẩn có đường kính 1μm hay trực khuẩn với kích thước 1x2-3μm, tồn tại ở dạng tế bào đơn, kết đôi, kết tư hay kết thành chuỗi Chúng có khả năng lên men nhiều loại đường khác nhau như glucose, fructose, maltose, đặc biệt có khả năng lên men đường lactose trong sữa tạo acid lactic

Môi trường sống phải hiện diện hầu hết các chất dinh dưỡng như các nguồn C,

N, vitamine và muối khoáng đặc biệt là Mn2+, Mg2+, Fe2+ có tác động tích cực lên

18

sự sinh trưởng và phát triển của Lactobacillus Vi khuẩn lactic được tìm thấy trong

nhiều loại thực phẩm như sữa chua, phô mai, dưa muối chua, nem chua,…

Theo khóa phân loại của Bergey thì vi khuẩn lactic thuộc:

− Ngành: Firmicutes

− Lớp: Bacilli

− Bộ: Lactobacillales

− Họ: Lactobacillaceae Giống: Lactobacillus, Pediococcus

Enterococcaceae Giống: Enterococcus

Leuconoscaceae Giống: Leuconostoc

Streptococcaceae Giống: Streptococcus, Lactococcus

Căn cứ vào kiểu lên men, người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm:

Vi khuẩn lên men lactic đồng hình

Sản phẩm chính là acid lactic, chiếm 90-98% trong sản phẩm Có thể có một lượng ít các sản phẩm phụ khác như ethanol, acid acetic, acetone, CO2

Các vi khuẩn lên men lactic đồng hình phân giải glucose theo con đường Embden-Mayerhof-Parnas, phân giải glucose theo con đường fructose-1,6-diacetate để tạo thành acid pyruvic, chúng có đầy đủ các hệ enzyme cần thiết cho

sự phân giải này trong đó có aldolase và triophosphate isomerase Khi tiến hành lên men các loại đường chúng tạo ra chủ yếu acid lactic

Phương trình tổng quát lên men lactic đồng hình:

C6H12O6 Æ 2CH3CHOHCOOH

Các vi khuẩn lên men lactic đồng hình không có đủ enzyme carboxylase nên acid pyruvic không bị phân giải tiếp tục mà chỉ nhận hydro để tạo thành acid lactic Một phần nhỏ acid pyruvic bị decarboxyl để tạo lượng nhỏ sản phẩm phụ nói trên

Vi khuẩn thực hiện kiểu lên men này chủ yếu là hai giống:

Giống Lactobacterium (loài điển hình là Lactobacterium bulgaricus) với nhiệt

độ thích hợp cho lên men là 40-48oC, có khả năng tích lũy 3-5% acid lactic

19

Giống Streptococcus (loài điển hình là Streptococcus lactis) phát triển thích

hợp nhất ở 30-35oC, có thể phát triển ở 10oC Khi phát triển trong sữa chúng có thể tích lũy 0,8-1% acid lactic

Vi khuẩn lên men lactic dị hình

Sản phẩm lên men ngoài acid lactic (40-45%) còn có hàng loạt các sản phẩm khác với tỷ lệ khá cao như acid succinic 20%; acid acetic, ethanol 20%; acid formic, CO2 20%

Phương trình tổng quát cho lên men dị hình:

2C6H12O6 Æ CH3CHOH-COOH + HOOC-CH2-CH2-COOH + CH3-COOH +

CH3-CH2-OH + CO2

Các vi khuẩn lên men lactic dị hình thiếu enzyme chủ yếu của con đường Embden-Mayerhof-Parnas, đó là aldolase và triophosphate isomerase nên glucose

sẽ chuyển hóa theo chu trình pentosephosphate qua hàng loạt sản phẩm trung gian

để tạo xilulose-5-phosphate sau đó bị phân ly thành aldehyde và acetyl phosphate Sau đó aldehyde, phosphoglycerinic tiếp tục chuyển hóa thành acid succinic và acid lactic; còn acetyl phosphate tiếp tục chuyển hóa theo hai hướng để tạo ethanol

và acid acetic Giống vi khuẩn chủ yếu lên men lactic dị hình là Leuconostoc (L

mensenteroides, L dextranicum, L citrovorum) và giống phụ Betabacterium [18,

29]

2.4.2 Giống Lactobacillus

Tế bào Lactobacillus hình que ngắn, thường có kích thước 0,5-1,2 x 1-10μm,

đôi khi có dạng hình cầu kết thành chuỗi ngắn, là vi khuẩn Gram (+), không tạo bào tử, hiếm khi di động, kỵ khí không bắt buộc nhưng phát triển tốt hơn trong điều kiện không có oxy hay có bổ sung thêm 5% CO2 Là giống vi khuẩn được nhiều người biết đến như một probiotic Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã định nghĩa “probiotic là tập hợp những vi khuẩn sống cung cấp một lượng đủ các chất

có lợi cho sức khỏe của ký chủ”

Khuẩn lạc Lactobacillus có kích thước 2-5mm, dạng lồi, mờ đục, không

nhuộm màu Hình thức dinh dưỡng là hóa dưỡng hữu cơ, cần môi trường nuôi cấy giàu chất dinh dưỡng, phức tạp, có khả năng lên men và phân giải saccharose Không khử được nitrate, không làm tan gelatin, không có catalase cũng như cytochrome Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển là 30-40oC, pH thích hợp là 5,5-5,8

20

Phân bố rộng rãi trong môi trường đặc biệt trên thực phẩm có nguồn gốc thực vật, động vật, hiếm khi gây bệnh [23, 29]

Hình 2.4 Vi khuẩn Lactobacillus [47, 54]

2.4.3 Vai trò probiotic của Lactobacillus

Hình 2.5 Các lợi ích về dinh dưỡng và liệu pháp chữa bệnh của Lactobacillus [5]

Việc sử dụng Lactobacillus để ngăn ngừa và trị bệnh không còn là một điều

mới mẻ, những năm gần đây có nhiều phát hiện mới về vai trò của probiotic và tác động của nó lên đặc điểm sinh lý của vật chủ như sự điều hòa đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào, sự hoạt hóa hệ thống lưới nội chất, kích thích các yếu tố hủy

21

hoại ung thư,… Một số nghiên cứu ở người cho thấy rằng khi tiêu thụ những loại

thực phẩm chứa Lactobacillus sẽ làm giảm cholesterol trong huyết thanh Người ta

cho rằng các sản phẩm sữa lên men và các sản phẩm được phân giải bởi

Lactobacillus có khả năng làm giảm sự phát triển của khối u và làm tăng chức

năng miễn dịch, chúng còn ngăn ngừa những rối loạn về ruột như bệnh táo bón, sự

nhiễm Salmonella, Shigellosis và bệnh tiêu chảy do kháng sinh Các lợi ích về dinh dưỡng và liệu pháp chữa bệnh của Lactobacillus được tóm tắt trong hình 2.5 Ngày nay, nhiều loại thực phẩm và dược phẩm chứa vi khuẩn Lactobacillus có

mặt trên thị trường như các sản phẩm lên men từ sữa, yogurt, kẹo, bánh ngọt, các loại dược phẩm hỗ trợ tiêu hóa như bio-acimin, biosubtyl DL,… Các loài vi khuẩn

Lactobacillus được sử dụng trong các sản phẩm probiotic gồm L bulgaricus, L lactis, L salivarius, L plantarum, L thermophilus Với các tính năng hữu ích trên,

các sản phẩm probiotic ngày càng đa dạng, trở nên phổ biến và được ưa chuộng [5]

2.4.3.1 Lợi ích về dinh dưỡng

Các sản phẩm lên men đã được sử dụng làm liệu pháp chữa bệnh trong hệ thống y học cổ điển ở Trung Quốc trong nhiều thế kỷ Qua nhiều nghiên cứu y

khoa cho thấy các thực phẩm lên men với Lactobacillus đã làm tăng chất

lượng sản phẩm, tăng khả năng tiêu hóa và đồng hóa các chất dinh dưỡng Các nghiên cứu trên chuột cho thấy sự cải thiện về tốc độ tăng trưởng và

hiệu quả cho ăn tăng lên khi chuột được cho ăn với yogurt chứa Lactobacillus Mặc dù một số loài Lactobacillus cần vitamine B cho sự tăng trưởng, nhưng

một số loài có thể tổng hợp một số vitamine nhóm B Tương tự khả năng hấp thu kim loại như Cu, Zn, Mn cũng tăng lên khi chuột được cho ăn yogurt Như

vậy Lactobacillus được cho là nhân tố kích thích sự hấp thu dinh dưỡng [32]

2.4.3.2 Gia tăng khả năng tiêu hóa lactose

Những người bị thiếu enzyme β-galactosidase (lactase) sẽ gặp triệu chứng bệnh về đường ruột khi tiêu thụ sữa hoặc những sản phẩm từ sữa Tuy nhiên, những người này có thể tiêu hóa được yogurt (hơn 50% lactose được chuyển hóa thành acid lactic trong quá trình lên men) Enzyme lactase được tiết ra từ các vi sinh vật trong bộ máy dạ dày ruột và dường như nó kích thích sự hiện diện của enzyme này trong ruột sau khi ăn yogurt

22

Khi Lactobacillus hiện diện trong ruột, chúng sinh trưởng và cung cấp

enzyme β-galactosidase làm thủy phân lactose Lactose được chuyển hóa thành acid lactic, do đó làm giảm những triệu chứng dị ứng với lactose [32]

2.4.3.3 Khả năng chữa bệnh

Nhiều nghiên cứu cho thấy các sản phẩm chứa Lactobacillus có ảnh

hưởng tốt trong việc điều trị nhiều rối loạn tiêu hóa và nhiễm khuẩn viêm ruột kết, táo báo, tiêu chảy, cải thiện nhu động ruột, ổn định lại hệ vi sinh vật đường ruột sau khi điều trị với kháng sinh, bị đầy hơi, acid cao, ung thư, cholesterol trong máu cao, điều trị nhức đầu và làm tăng tuổi thọ [32]

2.4.3.4 Ngăn chặn và xử lý nhiễm khuẩn Helicobacter pylori

Helicobacter pylori là một trong số vài loài vi khuẩn có khả năng sống

trong niêm mạc dạ dày, trong một số trường hợp chúng gây viêm loét hoặc

ung thư dạ dày Rất nhiều phương pháp được sử dụng để loại bỏ sự nhiễm H

pylori bao gồm cả việc sử dụng các chế phẩm probiotic Liệu pháp sinh học

này thường sử dụng như một chất bổ sung cho các liệu pháp kháng sinh truyền thống trong việc điều trị bệnh

Các thử nghiệm y khoa đã xác nhận tỷ lệ chết của H pylori và khả năng

chịu đựng nhiều chế độ điều trị kháng sinh tăng lên khi điều trị bằng phương pháp kết hợp với probiotic [32]

2.4.4 Ứng dụng của vi khuẩn lactic

2.4.4.1 Acid lactic của vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic dùng để lên men thu nhận acid lactic, thường sử dụng các

chủng như L leichmanii, L bulgaricus, L delbrueckii để sản xuất acid lactic

Những vi khuẩn này thuộc nhóm lên men đồng hình, có nhiệt độ tăng trưởng tối ưu từ 45-48oC, pH tối thích 5,5-6,5 Việc lên men thực phẩm bằng cách sử dụng vi khuẩn lactic là phương pháp bảo quản thực phẩm bằng sinh học đã có

từ rất lâu dựa vào sự đối kháng của các loại vi sinh vật khác nhau Tuy nhiên đến những năm gần đây, phương pháp này mới nhận được sự chú ý của khoa học, đặc biệt là việc sử dụng các vi khuẩn lactic khác nhau như là chất phụ gia trong bảo quản và muối chua rau quả, trong công nghiệp bánh kẹo, nước giải khát, ủ chua thức ăn gia súc,…

Vi khuẩn lactic còn được dùng để hỗ trợ con người trong việc hấp thu đường lactose thông qua các sản phẩm từ sữa như yaourt, kefir, phô mai,…

23

Lactate calci là loại dược phẩm bổ sung calci dưới dạng dễ hấp thu, lactate sắt dùng để chữa bệnh thiếu máu, lactate đồng dùng làm dung môi,… [18, 23]

2.4.4.2 Bacteriocin của vi khuẩn lactic

Một trong những đặc điểm quan trọng của vi khuẩn lactic là khả năng tạo các hoạt chất có khả năng kháng khuẩn gọi là các bacteriocin Các bacteriocin

có khả năng kìm hãm sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh hay gây hư hỏng

thực phẩm như Listeria, Clostridium, Staphylococcus, Bacillus sp.,

đó LAB (lactic acid bacteria) được quan tâm nhiều nhất do bacteriocin của LAB có phổ kháng khuẩn rộng và có tiềm năng được dùng làm chất bảo quản thực phẩm Tuy nhiên, một vài loại bacteriocin sản xuất bởi một số chủng

Lactobacillus như helveticin bị bất hoạt khi xử lý nhiệt 60-100oC trong 10-15 phút [11]

Hình 2.6 Cấu trúc của phân tử Nisin [55]

Trong thực tế, bacteriocin đã được ứng dụng trong bảo quản thực phẩm bằng cách sử dụng các giống vi khuẩn sinh bacteriocin trong quá trình sản

24

xuất hoặc bổ sung các chế phẩm có chứa bacteriocin trực tiếp vào sản phẩm Điểm đặc biệt của bacteriocin là chúng không có hoạt tính kháng sinh điển hình, nghĩa là chúng chỉ kìm hãm chứ không trực tiếp làm chết vi sinh vật Theo thời gian sử dụng chất kháng sinh, hiện tượng kháng kháng sinh ngày càng trở nên trầm trọng đã gián tiếp xác nhận các đặc tính quý giá của bacteriocin nên việc nghiên cứu và sử dụng bacteriocin ngày càng phát triển Hiện nay trên thị trường có hai sản phẩm bacteriocin được thương mại hóa là Nisaplin (sản phẩm từ nisin) và ALTA 2431 (sản phẩm từ pediocin PA-1) Nisin là bacteriocin duy nhất được sử dụng như một chất phụ gia thực phẩm [24, 28]

2.5 Vi khuẩn Bacillus subtilis

− Loài: Bacillus subtilis [29]

Bacillus subtilis có mặt ở khắp 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 bột mì, Bacillus subtilis

chiếm khoảng 75-95% vi khuẩn tạo bào tử Trong các sản phẩm thực phẩm truyền thống như mắm, tương, cơm mẻ (cơm lên men chua),… chúng cũng có mặt và có vai trò đáng kể trong quá trình biến đổi sinh học

Bacillus subtilis là trực khuẩn Gram (+), kích thước khoảng 0,5-1 x 1,2-10μm,

thường xếp thành cặp đôi hay chuỗi ngắn, hai đầu tế bào tròn hoặc hơi vuông Bào

tử có hình bầu dục, kích thước 0,6-0,9μm, không phân bố theo một nguyên tắc nào, lệch tâm hoặc gần tâm nhưng không chính tâm Khi còn non chuyển động nhờ tiêm mao, về già tiên mao rụng nên mất khả năng di động Khuẩn lạc khô hoặc nhớt, vô màu hay có màu xám nhạt, hơi nhăn hay tạo thành lớp màng mịn lan

25

trên bề mặt thạch, có mép nhăn, mép lồi lõm nhiều hay ít, bám chặt vào mặt thạch [17, 23]

Hình 2.7 Tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis [52]

Như hầu hết vi khuẩn Gram (+) 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 loài 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: rất mỏng (100-200Ǻ) 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 của 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, hai đầu hoặc mọc xung quanh Bacillus subtilis có tiên mao mọc xung quanh

tế bào vi khuẩn [52, 53]

26

Hình 2.8 Bề mặt vi khuẩn Bacillus (C=Capsule, S=S-layer, P=Peptidoglycan) [52]

Hình 2.9 Tiên mao của A: B subtilis, B: P polymyxa, C: B laterosporus, D: P

alvei [52]

2.5.2 Sự hình thành bào tử

Ở vi khuẩn sinh bào tử, nang bào tử là vỏ tế bào mẹ Màng nằm ở ngoài cùng, khi có khi không, chiếm khoảng 2-10% khối lượng khô của bào tử Thành phần chủ yếu là lipoprotein, một lượng nhỏ acid amin, có tính thẩm thấu kém Lớp áo bào tử nằm dưới màng ngoài dày khoảng 3nm, gồm 3-15 lớp, chủ yếu là protein sừng Dưới áo bào tử là lớp vỏ bào tử, vỏ bào tử chiếm thể tích rất lớn (30-60%), chứa một lượng lớn peptidoglican, dipicolinat canxi DPA-Ca, không chứa acid teichoic Dưới lớp vỏ bào tử là lõi bào tử, cấu tạo bởi 4 thành phần: thành bào tử, màng bào tử, bào tử chất và vùng nhân

Một số vi khuẩn 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 khúc xạ, kháng hóa chất, kháng áp suất thẩm thấu Trong thời kỳ nghỉ, không thấy bào tử vi khuẩn thể hiện bất kỳ một hoạt lực trao đổi chất nào cả, người ta gọi đó là trạng thái tiềm sinh 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 vi khuẩn Bacillus subtilis Một trong những đặc

27

điểm quan trọng của Bacillus subtilis là khả năng tạo bào tử trong những điều kiện

vỏ bào tử, bắt đầu có tính kháng nhiệt, sau đó bào tử nang vỡ ra và bào tử thoát ra ngoài [18, 23]

2.5.3 Hệ enzyme amylase và protease của Bacillus subtilis

2.5.3.1 Hệ enzyme amylase

Bacillus subtilis có khả năng tạo một lượng lớn enzyme α-amylase ngoại

bào Amylase của Bacillus subtilis không có các liên kết sulfihidril và có khả

năng phân giải tinh bột nhanh gấp 2-2,5 lần so với α-amylase nấm mốc

Enzyme α-amylase của vi khuẩn Bacillus subtilis thủy phân tinh bột tạo ra các

dextrin có mạch dài khoảng 6-8 gốc glucose (G6, G7, G8) Các dextrin này lại

bị phân giải trực tiếp theo sơ đồ:

pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa và đường hóa của α-amylase

Bacillus subtilis là từ 5,6-6,2 Độ bền đối với tác dụng của acid kém hơn so

với α-amylase của nấm mốc Trong dung dịch hồ tinh bột, α-amylase vi khuẩn chỉ bắt đầu bị vô hoạt khi nhiệt độ cao hơn 77oC Ở 77oC, α-amylase của nấm

mốc đã bị mất đi 50% hoạt lực Enzyme α-amylase của Bacillus subtilis có pH

28

tối thích là 6,0 bị vô hoạt hoàn toàn ở pH 4,0 và bị vô hoạt một nửa ở pH 8,0 [16]

2.5.3.2 Hệ enzyme protease

Bacillus subtilis được nuôi trên môi trường lỏng để kích thích việc sinh

tổng hợp enzyme protease (trung tính và kiềm) Điều kiện tối ưu cho việc sinh tổng hợp enzyme protease là: nồng độ cơ chất 0,5%; thời gian ủ 30 giờ; nhiệt

độ ủ 40oC; pH 7; dung dịch đệm phosphate; môi trường dinh dưỡng: nước chiết thịt bò có bổ sung muối, nguồn carbon: lactose, nguồn nitơ: (NH4)2SO4, nguồn acid amine: valine; các chất hữu cơ như acid acetic, acid lactic, acid citric ở các nồng độ khác nhau có thể làm giảm khả năng sinh tổng hợp protease Enzyme protease được tinh sạch bằng muối (NH4)2SO4 và màng lọc sephadex G200 Điều kiện để hoạt tính enzyme protease đạt cực đại là pH 7, dung dịch đệm phosphate, thời gian ủ 24 giờ ở nhiệt độ 35oC

Bacillus subtilis tổng hợp protease ngoại bào phân giải protein và các cơ

chất cao phân tử khác có trong môi trường dinh dưỡng thành các dạng phân tử thấp để vi sinh vật dễ dàng hấp thụ [16, 27]

2.5.4 Ứng dụng của vi khuẩn Bacillus subtilis

Từ Bacillus subtilis có thể thu được nhiều kháng sinh như subtilin, eumycin,

bacillomin chống được nhiều loài vi trùng gây bệnh Trong số kháng sinh đó có

nhiều loại quý như polymicin diệt được trực khuẩn mủ xanh (P aeruginosa)

Polymicin dùng điều trị các bệnh về não, các vết thương nhiễm trùng và bệnh ngoài da

Bacillus subtilis được ứng dụng nhiều trong y học: làm chế phẩm probiotic và

một số dược phẩm khác như thuốc nhỏ mũi (basubin), chế phẩm bio-acimin,… Protease là một trong những nhóm enzyme công nghiệp quan trọng nhất, chiếm gần 60% tổng lượng enzyme được bán ra Trong công nghiệp thực phẩm, enzyme

protease của Bacillus subtilis được dùng làm mềm thịt, sản xuất nước mắm,

protease làm đông tụ casein có thể áp dụng cho việc sản xuất đậu phụ, yaourt

Trong sản xuất nước tương, người ta bổ sung thêm Bacillus subtilis để hạn chế sự

phát triển của một số nấm mốc gây độc khác, đồng thời làm giảm nồng độ độc tố aflatoxin hiện diện trong một số sản phẩm tương truyền thống Trong công nghệ sản xuất bia, protease phân hủy protein trong đại mạch thành các đoạn peptide và

29