Tài liệu Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu quy trình sản xuất chất xơ thực phẩm từ nguồn nguyên liệu thực vật

  • Số trang: 56 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 97 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Tham gia: 31/07/2015

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM PHÂN VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHẤT XƠ THỰC PHẨM TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT ỨNG DỤNG LÀM HOẠT CHẤT SINH HỌC BỔ SUNG VÀO THỰC PHẨM ĂN LIỀN (SÚP, BỘT LÀM BÁNH, ĐỒ UỐNG…) VÀ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG Chủ Nhiệm đề tài : ThS Hồ Kim Vĩnh Nghi Cộng tác viên : ThS. Nguyên Thúy Hường ThS. Trần Hoàng Quyên ThS. Trần Nguyệt Thu Ket-noi.com Tp. Hồ Chí Minh 02/2009 7317 23/4/2009 MỤC LỤC I I.1 I.2 I.3 I.4 I.4.1 I.4.2 I.4.3 I.4.4 I.4.5 I.4.6 II II.1 II.1.1 II.1.2 II.1.3 II.1.4 II.2 II.2.1 II.2.2 II.2.3 II.3 II.3.1 II.3.2 II.3.3 II.3.4 II.3.5 II.3.6 III III.1 III.2 TỔNG QUAN CƠ SỞ PHÁP LÝ/ XUẤT XỨ CỦA ĐỀ TÀI TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG/ PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Giới thiệu chung về chất xơ thực phẩm Vai trò của chất xơ đối với sức khỏe con người Tình hình nghiên cứu chất xơ trên thế giới Tình hình nghiên cứu chất xơ ở Việt Nam Qui trình công nghệ sản xuất chất xơ Sản lượng, nhu cầu và xu hướng phát triển THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU Phương pháp công nghệ Phương pháp hóa lý Phương pháp vi sinh Bố trí thí nghiệm THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG CHO NGHIÊN CỨU Thiết bị dụng cụ thí nghiệm Nguyên vật liệu Hóa chất KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN Khảo sát thành phần nguyên liệu Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu Nghiên cứu thu nhận IDF từ bã dứa Nghiên cứu thu nhận SDF Phân tích chất lượng sản phẩm chất xơ thực phẩm Qui trình công nghệ sản xuất chất xơ thực phẩm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Trang 1 1 1 2 2 2 7 10 11 11 13 14 14 14 14 15 15 16 16 16 17 17 17 18 19 22 31 32 36 36 36 37 40 KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT SDF : Chất xơ hoà tan (Soluble Dietary Fiber) SDFp : Chất xơ hòa tan dạng pectin SDFo : Chất xơ hòa tan dạng oligo saccharide IDF : Chất xơ không hoà tan (Insoluble Dietary Fiber) TDF : Chất xơ tổng số (Total Dietary Fiber) GC : Sắc ký khí (Gas chromotography) TLC : Sắc ký bản mỏng (Thin Layer Chromotography) HPLC : Sắc ký lỏng cao áp (High Performal Layer Chromotography) VSATTP : Vệ sinh an toàn thực phẩm OS : Oligosaccharide AMG : Chế phẩm enzym β-glucoamylaza I. TỔNG QUAN I.1 CƠ SỞ PHÁP LÝ/ XUẤT XỨ CỦA ĐỀ TÀI Đề tài được thực hiện theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ với mã số: 24.08.RDBS/HĐ-KHCN ký ngày 20 tháng 5 năm 2008 giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp thực phẩm (Chi tiết hợp đồng tại phần phụ lục) I.2 TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay việc tăng cường chất xơ trong bữa ăn hằng ngày trở nên rất quan trọng. Chất xơ được ví như "một cơn gió mát" giúp con người "xua tan" những độc tố gây nên những căn bệnh chết người như tim mạch, tiểu đường. Trước kia, người ta xem chất xơ là một chất trơ không có giá trị dinh dưỡng vì không tiêu hoá được. Nhưng ngày nay các chuyên gia dinh dưỡng đã chú ý đến vai trò của nó nhiều hơn trong khẩu phần ăn của con người. Dần dần chất xơ được xem như là thành phần hỗ trợ tăng cường sức khỏe lâu bền cho mọi người đặc biệt dành cho những người cần giảm trọng lượng cơ thể. Theo Tổ chức Y tế thế giới thì tầm quan trọng của chất xơ thực phẩm với sức khỏe con người có thể so sánh ngang bằng với vai trò của vitamin, của các nguyên tố vi lượng và khoáng chất. Trong công nghiệp thực phẩm, chất xơ được sử dụng như một chất bổ sung trong quá trình sản xuất các loại đồ uống, kẹo, các loại bánh nướng, sữa chua, các sản phẩm sữa cho trẻ em. Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loại rau quả và ngũ cốc. Bã thải của các quá trình chế biến nông sản (bã mía, lõi bắp, bã dứa, vỏ chanh dây, cám gạo…) thực sự là nguồn nguyên liệu có giá trị để sản xuất chất xơ. Với mong muốn nghiên cứu công nghệ thu nhận chất xơ từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, tạo sản phẩm mẫu, ứng dụng như chất bổ sung trong chế biến thực phẩm và dược phẩm, các tác giả Viện công nghiệp thực phẩm đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất chất xơ thực phẩm từ nguồn nguyên liệu thực vật ứng dụng làm hoạt chất sinh học bổ sung vào thực phẩm ăn liền (súp ăn liền, bột làm bánh, đồ uống) và thực phẩm chức năng”. I.3 ĐỐI TƯỢNG/ PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài được thực hiện trong hai năm 2008 - 2009. Các nội dung chính của Đề tài được thực hiện trong năm 2008 như sau: 1. Lựa chọn nguồn nguyên liệu để thu nhận chất xơ thực phẩm 2. Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu. 3. Xác định các điều kiện thu nhận chất xơ thực phẩm dạng hòa tan 4. Xác định các điều kiện thu nhận chất xơ thực phẩm dạng không hòa tan I.4 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC I.4.1 Giới thiệu chung về chất xơ thực phẩm I.4.1.1 Nguồn gốc, phân loại và đặc điểm của chất xơ thực phẩm Chất xơ thực phẩm là hỗn hợp các polysaccharide thực vật như là cellulose, hemicellulose, pectin, chất keo, chất nhầy và lignin [1; 5; 8]. Chất xơ có nhiều trong trái cây, ngũ cốc, các loại rau, củ, quả, đậu. Mỗi loại rau quả chứa loại và lượng chất xơ khác nhau, nếu loại nào càng nhiều bã và càng già thì chứa càng nhiều chất xơ. Vì thế chất xơ hiện diện trong vỏ và thành tế bào của thực vật, chất xơ hoặc rất cứng và có dạng sợi (xơ không tan) hoặc nhầy có dạng keo (xơ tan được). Khi tan trong nước, chất xơ biến thành dạng giống như keo. Trong tế bào thực vật, chất xơ được chia thành hai loại là chất xơ không hòa tan và chất xơ hòa tan. Chất xơ không hòa tan: Bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin, chúng là thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật. Nguồn cung cấp chất xơ tốt nhất là cám gạo, cám lúa mì, cám ngô, vỏ quả, các loại hạt, các quả có hạch và vỏ trái cây, các thực phẩm nguyên hạt, các loại đậu đỗ sấy khô, cải bắp, củ cải, cà rốt, vỏ táo tây v.v. IDF có đặc tính thẩm thấu nước trong ruột, trương lên tạo điều kiện cho chất thải dễ thoát ra ngoài [1; 15]. Chất xơ hòa tan bao gồm pectin, các chất keo và chất nhầy. Nguồn cung cấp SDF tốt nhất là các loại trái cây, các loại rau xanh, vỏ quả họ cam chanh, bã táo và quả dâu tây, cám kiều mạch, đại mạch, cám gạo, vỏ hạt, các loại đậu sấy khô, sữa đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành v.v. SDF khi đi qua ruột sẽ tạo ra thể đông làm chậm quá trình hấp thu một số chất dinh dưỡng vào máu; làm tăng độ xốp, mềm của bã thải tiêu hóa [1; 15]. I.4.1.2 Đặc điểm một số loại chất xơ phổ biến Pectin Pectin là hợp chất không tan trong nước, khi được thủy phân bởi axit hoặc enzyme pectin trở thành dạng hòa tan trong nước. Pectin không cung cấp năng lượng nhưng có nhiều giá trị trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Trong công nghệ thực phẩm, pectin được dùng để chế bánh kẹo cao cấp nhờ tính chất dễ tan trong nước. Trong môi trường axit, pectin tạo thể keo, được dùng như một tác nhân đông đặc, tác nhân làm tăng độ nhớt của dung dịch [34; 40]. Trong công nghệ dược phẩm, pectin được dùng chế thuốc uống, thuốc tiêm (bắp, dưới da) để cầm máu trước và sau phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng, phụ khoa. Chữa chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu. Dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H2O2 (nước oxy già) trong phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng (không gây xót lại cầm máu tốt) hay thấm bông nhét vào chỗ nhổ răng để cầm máu. Trên thị trường hiện có biệt dược Hacmophobin (Ðức) và Arhemapectin (Pháp). Bên cạnh đó, pectin còn có vai trò trong việc điều trị giảm cân ở người béo phì do kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, có tác dụng hấp thu dưỡng chất trong thức ăn nhờ đó tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm năng lượng ăn vào. Mặt khác, pectin có tác dụng hạ cholesterol, hạ LDL - loại cholesterol không có lợi cho tim mạch. Ngược lại, pectin làm tăng HDL - chất có lợi cho tim mạch. Một chế độ ăn uống hằng ngày giàu pectin (táo, bưởi, cam …) rất có lợi cho sức khỏe tim mạch, giảm nhẹ tình trạng tăng cao lipit máu, đường máu, giảm bớt được liều lượng của các thuốc dùng hằng ngày của bệnh nhân đái tháo đường, cao huyết áp hoặc cholesterol/lipit máu cao. Các oligosaccharide Oligosaccharide là cacbohydrat, được cấu tạo từ 3 -10 phân tử đường đơn. Chúng bao gồm: Gluco-, iso malto-, galato-, xylo-, inulo- và Fructooligosaccharide. Các oligosaccharide loại thực phẩm được sản xuất bằng cách thủy phân polysaccharide thực vật bởi axit hoặc enzyme hay được tổng hợp từ các loại đường sử dụng enzyme trans-glycosylation [19]. Các oligosaccharide được chia thành một số loại tùy thuộc vào cơ chất tạo ra nó. Bảng 1.1 Các loại oligosaccharide khác nhau được sản xuất tại Nhật [31] Chủng loại Oligosaccharide quan đến tinh bột Tên thương phẩm liên Maltooligosaccharide: maltose ~maltoheptaose Isomaltooligosaccharide: Isomaltose; Panose; Isomaltotriose Cyclodextrin (CDs): α- CD; β – CD; HP-β – CD; CD phân nhánh Các oligosaccharide khác: Maltitol; Gentilooligosaccharide; Trehalose; Nigerose; Cyclic tetrasacchrit Oligosaccharide liên Glycosylsucrose; Fructooligosaccharide; Palatinose; quan đến đường Lactosucrose; Xylsucrose; Raffinose; starchyose; saccarose Trehalulose Oligosaccharide liên Galactooligosaccharide; Lactosucrose; Lactulose; quan đến đường lactose Lactiol Oligosaccharide từ các Xylooligosaccharide; Agarooligosaccharide; nguồn khác Mannooligosaccharide; Chitin/chitosanoligosaccharide; Cyclofructan; Cyclodextran v.v Tính chất chung của oligosaccharide [23] - Giảm độ ngọt của cacbonhydrat - Không bị phân hủy bởi các enzyme trong dạ dày và ruột non - Được sử dụng bởi nhóm vi khuẩn probiotic (Bifidobacteria) - Làm thay đổi độ nhớt và điểm đông đặc của thực phẩm - Tác động đến khả năng nhũ hóa, khả năng tạo gel và khả năng gắn kết của gel. - Có khả năng ổn định hệ vi khuẩn - Có thể thay thế chất mầu thực phẩm - Đóng vai trò như chất giữ nước và kiểm soát hàm ẩm. - Có tính chất tương tự như chất xơ thực phẩm - Có giá trị calo thấp - Đóng vai trò như tác nhân chống lại bệnh sâu răng. Các oligosaccharide thủy phân từ tinh bột là các đoạn nhỏ của polisaccharide được tạo thành bởi các α- D- glucopyranosyl nhờ liên kết α- 1,4 và (hoặc) α- 1,6 glucosit. Các oligosaccharide chỉ chứa liên kết α- 1,4 glucosit được gọi là maltooligosaccharide. Khi chứa cả liên kết α- 1,4 và α- 1,6 glucosit chúng được gọi là oligosaccharide phân nhánh hay isomaltooligosaccharide [38]. Cellulose Cellulose là cacbonhydrat cơ thể không có khả năng tiêu hóa, được tìm thấy ở lớp vỏ ngoài của các loại rau và trái cây. Chúng có tác dụng rất tốt trong việc ngăn ngừa bệnh trĩ, viêm ruột kết, chứng táo bón và loại bỏ các cơ chất gây ung thư cho ruột kết. Cellulose hiện diện trong táo, các loại cải củ, các quả có hạch ở Brazil, cải xanh, carot, các loại rau họ đậu và ngũ cốc nguyên hạt. Cellulose là hợp chất tự nhiên khá bền, phần vô định hình không tan trong nước, bị trương lên do hấp thụ nước, phần kết tinh có cấu trúc trật tự cao hơn, bền vững với tác động vật lí, hoá học. Trong tế bào thực vật thì cellulose liên kết chặt chẽ với hemicellulose, lignin, pectin. Dưới tác dụng của axít vô cơ loãng ở nhiệt độ và áp suất cao thì cellulose sẽ biến thành β-glucose[39]. Việc bổ sung cellulose vào khẩu phần ăn sẽ gây cảm giác chóng no, hơn nữa nó chứa ít chất béo, trong dạ dầy chất xơ thường có dạng gel vì vậy làm chậm quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của hệ tiêu hóa nên cũng gây cảm giác no lâu nhờ đó giảm nhu cầu ăn của người bệnh [6; 18; 25; 40; 41]. I.4.1.3 Nguồn cung cấp chất xơ Theo hiệp khuyến cáo của hội dinh dưỡng Mỹ một số thực phẩm giàu chất xơ nên được sử dụng (bảng 1.2) Theo báo cáo của Trung tâm vi chất dinh dưỡng của Viện Linus Pauling năm loại thực vật giàu chất xơ nhất đó là: các loại rau đậu, cám lúa mì, quả mận khô, quả lê của Châu Á và quả quinoa. Đáng chú ý nhất trong số các thực phẩm có nguồn gốc thực vật, quả palmberry (Euterpe oleracea Mart.) của tộc người vùng Amazon, đã được phân tích bởi hai nhóm nghiên cứu và kết quả là chúng có hàm lượng chất xơ thực phẩm từ 25-44% khối lượng ở dạng bột sấy khô [21] Bảng 1.2: Nguồn cung cấp chất xơ thực phẩm Phân loại Chất xơ hòa tan (pectin, gum, oligosaccharide, agar, chất keo, nhầy ..) Chất xơ không tan (Cellulose, hemicellulose, lignin) Nguồn cung cấp - Rau họ đậu (đậu đỗ, đậu tương, các loại đậu khác) - Các loại yến mạch, kiều mạch, đại mạch - Các loại trái cây (đặc biệt là táo, chuối) và quả dâu - Các loại rau xanh như cây bông cải xanh, carot - Các loại rau củ như khoai tây, khoai mỡ và hành - Vỏ hạt mã đề (dạng chất nhầy) - Các thực phẩm nguyên hạt - Cám của các loại ngũ cốc - Các loại quả hạch và các loại hạt - Các loại rau xanh như đậu xanh, súp lơ, cần tây - Các loại vỏ trái cây bao gồm cả cà chua Hiện nay ở Việt Nam, theo số liệu phân tích thành phần một số loại rau, củ quả của Viện Dinh dưỡng Quốc gia, nhận thấy có nhiều thực vật có hàm lượng chất xơ cao. Trong đó phải kể đến một số phụ phẩm của chế biến thực phẩm như vỏ và hạt chanh dây, bã dứa, cám gạo... có thể sử dụng làm nguồn nguyên liệu cho sản xuất chất xơ thực phẩm. Vỏ và hạt chanh dây: Chanh dây là một loại quả nhiệt đới, cây dây, thân gỗ thuộc họ Passifloraceae và có nguồn gốc từ Brazil. Chanh dây vào Việt Nam có hai giống, phân biệt bằng xuất xứ và màu vỏ. Giống chanh dây vỏ vàng có nguồn gốc từ Sirilanca, Urganda và Hawaii có mặt ở Việt Nam với tên gọi là chanh dây. Giống chanh dây vỏ đỏ có nguồn gốc từ Australia và Đài Loan, có tên khoa học là Passiflora edulis, trong đó thịt quả chỉ chiếm 26 - 48%, vỏ quả chiếm 46-64%, còn lại là hạt. Vỏ và hạt chanh dây là phế thải của quá trình chế biến sau khi ép dịch quả. Trong vỏ quả chanh dây, hàm lượng pectin chiếm khoảng 2 - 3% [15]. Hạt chanh dây có hàm lượng lipit khá cao 24,5g/100g, chất xơ không tan 64,1g/100g, sau khi loại dầu, hàm lượng chất xơ không hòa tan, chất rắn không tan trong EtOH và không tan trong nước chiếm khoảng 84,9 – 93,3g/100g, các chất xơ không tan thành phần chủ yếu là cellulose, cơ chất pectic và hemicellulose [15; 16]. Các chất xơ này có ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp thụ glucose và làm chậm hoạt động của enzyme amylase, nhờ đó có thể giúp kiểm soát glucose máu [15]. Bã mía: Bã mía là phụ phẩm của quá trình sản xuất đường, thường được tận làm chất đốt trong nhà máy. Trong bã mía, thành phần chất xơ không tan chiếm 38 – 45%, một số trường hợp có thể lên đến hơn 50% (bã mía Việt Trì). Do thành phần chất xơ cao, bã mía được tận dụng cho nhiều mục đích khác nhau: làm thức ăn cho gia súc nhai lại, phân hữu cơ, ván ép chịu lực, bột giấy phi gỗ cũng như thu nhận bột cellulose tinh thể sử dụng như phụ gia thực phẩm và tá dược. Lõi bắp Lõi bắp là phần còn lại sau khi tách lấy hạt bắp. Kết quả khảo sát cho thấy, thành phần chất xơ trong lõi bắp khô lên đến hơn 85% trong đó thành phần chất xơ không tan (cellulose, hemi-cellulose, lignin) chiếm hơn 60%. Ngoài khả năng làm thức ăn gia súc, phân bón, lõi bắp có thể là nguồn nguyên liệu tốt cho khai thác chất xơ thực phẩm. Năm 2006, TS. Nguyễn Thị Minh Hạnh, Viện Công nghiệp thực phẩm đã nghiên cứu sản xuất thành công xylose, xylitol từ lõi bắp và ứng dụng trong sản xuất bánh kẹo. Bã dứa: Vỏ dứa và lõi dứa là phụ phẩm của công nghệ chế biến dứa hộp và nước ép dứa, có tỷ lệ chất xơ không tan khá cao khoảng 70% trọng lượng bã dứa [9; 34]. Cám gạo Cám gạo là phụ phẩm của quá trình xay xát gạo. Lượng cám gạo được tách ra thường chiếm từ 10% trọng lượng hạt thóc [25]. Thành phần hóa học của cám gạo bao gồm (%): Độ ẩm 8,9 - 12,5; chất béo 10,6 – 22,4; protein 10,6 – 14,8; hydratcacbon 38,7 – 44,3; cellulose 9,6 – 14,1; saccarose 3 - 5; đường khử 1,2 – 1,5; chất khoáng 0,3 – 0,5 [33]. Theo Niên giám Thống kê 2007, sản lượng lúa của Việt nam năm 2006 là 35849,5 nghìn tấn [3], tương ứng với nó là khoảng 3584,95 nghìn tấn cám thải ra. Cám gạo được dùng để ép thu dầu cám và dùng làm thức ăn chăn nuôi. Theo Hamid-Abdul & Luan, (2000) cám gạo cung cấp các chất giúp tăng cướng sức khỏe chống lại các bệnh mãn tính. Cũng theo tác giả này, chất xơ thực phẩm từ cám gạo tách dầu có khả năng gắn với nước, khả năng gắn với chất béo và tạo nhũ tương cao hơn chất xơ thương phẩm sản xuất từ củ cải đường [19]. Theo phương pháp truyền thống hầu hết các cơ chất chức năng từ cám gạo được tách chiết bằng các dung môi hữu cơ như axeton, methanol và ethanol. Tuy nhiên, phương pháp này mất nhiều thời gian và một số dung môi độc hại, nên phương pháp tách chiết bằng nước kết hợp với nhiệt độ đã được thay thế phương pháp truyền thống [20]. Để thu nhận các oligosaccharide từ cám gạo, Ken Youn Li đã xử dụng phương pháp thủy phân axit [21], hoặc thủy phân bằng enzyme cellulase, α-amylase [30; 35]. Đây thực sự là một nguồn sản xuất chất xơ thực phẩm có giá trị. I.4.2 Vai trò của chất xơ đối với sức khỏe con người Chất xơ thực phẩm có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người, nó có thể so sánh ngang bằng với vai trò của vitamin, của các nguyên tố vi lượng và khoáng chất. Việc đảm bảo đủ nhu cầu chất xơ hàng ngày để có chế độ dinh dưỡng hợp lý đã được Viện Dinh dưỡng Việt Nam khuyến nghị. Việc ăn đủ chất xơ có tác dụng tích cực đối với sức khỏe bao gồm: I.4.2.1 Tác dụng làm giảm cholesterol máu Trong quá trình lên men ở ruột, SDF tạo ra các axít mạch ngắn như acetic, propionic, butyric, giúp hạn chế và ngăn chặn sự tổng hợp cholesterol ở gan. Mặt khác, SDF còn có tác dụng hấp thụ cholesterol trong lòng ruột và đào thải ra ngoài giúp giảm lượng cholesterol trong máu, chống xơ vữa động mạch, tạo sự lưu thông tốt cho hệ tuần hoàn máu, giúp tim khỏe mạnh. Theo kết quả nghiên cứu của Trường Khoa học về dinh dưỡng thuộc Đại học tổng hợp Deakin (Úc) đã công bố, các SDF có tác dụng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu thông qua việc gắn kết với các axit mật để phân hủy các chất béo có trong thức ăn và sau đó bài tiết chúng ra ngoài. Theo kết quả nghiên cứu của Hall và các cộng sự, tạp chí dinh dưỡng và sức khỏe của châu Âu 2005 số 59 trang 325, hàm lượng cholesterol, lipoprotein như LDL giảm 5% sau 4 tuần khi bổ sung 17-30g chất xơ từ cây họ đậu. SDF từ cám yến mạch, pectin, lúa mạch, đậu hạt, rau đậu, trái cây và rau có thể làm giảm được 5-10% lượng cholesterol máu, có khi tới 25%; Ngoài ra chúng còn có tác dụng tăng cường sự tạo thành các axit béo mạch ngắn và kích thích sinh trưởng của hệ vi sinh vật hữu ích trong đường ruột, giảm sự có mặt của Clostridium (Johnson và các cộng sự, tạp chí dinh dưỡng của Anh năm 2006, số 95 trang 372). I.4.2.2 Duy trì ổn định đường máu Tác dụng quan trọng của chất xơ thực phẩm là hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh một số SDF làm tinh bột lưu lại lâu trong ruột, nhờ đó làm chậm quá trình hấp phụ glucose từ ruột non vào máu, do đó làm lượng đường trong máu không tăng cao đột ngột. Tinh bột chậm tiêu hóa còn tạo cảm giác no, góp phần làm dịu đáp ứng đường huyết. Theo Trowell, H. C. (1975) và Marlett J. Á. (2002) bệnh tiểu đường rất hiếm gặp ở những người sống ở các thị trấn nhỏ của Châu Phi, những người ăn nhiều chất xơ, trong khi bệnh này lại rất phổ biến ở các cư dân phương Tây, những người có khẩu phần ăn với hàm lượng chất xơ rất thấp [25; 41]. I.4.2.3 Chống táo bón Tác dụng đáng chú ý nhất của chất xơ là giúp cải thiện chức năng ruột già, chống táo bón và cung cấp năng lượng hoạt động cho tế bào ruột già. Chất xơ giúp giảm triệu chứng một số bênh liên quan đến táo bón và tiêu chảy cấp (như trĩ, mạch lươn, táo bón ở phụ nữ mang thai, hội chứng đại tràng kích thích, bệnh túi thừa đại tràng và viêm đại tràng mạn tính và giúp điều chỉnh rối loạn hoạt động ruột do tiêu chảy hay sau mổ ruột già hoặc hồi tràng). Chất xơ vào cơ thể có tác dụng thẩm thấu nước, nở to ra và làm tăng khối lượng bã thải. Nó kích thích nhu động ruột non, ruột già co bóp mạnh làm tăng sự bài tiết và chống táo bón một cách hiệu quả. Mặt khác, SDF khi được đưa vào lòng ruột sẽ làm gia tăng sự lên men của hệ vi sinh vật có lợi cho đường ruột, đặc biệt là Lactobacillus và Bifidus. I.4.2.4 Ngăn ngừa béo phì Đối với những người mắc chứng béo phì, khi tăng hàm lượng chất xơ trong khẩu phần ăn hàng ngày, đặc biệt là SDF cho thấy có sự giảm đáng kể chất béo dư thừa. Vì chất xơ dạng sợi thường có kích thước lớn nên khi ăn gây cảm giác chóng no, hơn nữa nó chứa ít chất béo, trong dạ dầy chất xơ thường có dạng gel, vì vậy làm chậm quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của hệ tiêu hóa, gây cảm giác no lâu nhờ đó giảm nhu cầu ăn của người bệnh. Khi bị lên men bởi hệ vi sinh vật đường ruột, SDF sinh ra một nguồn năng lượng rất thấp 1Kcal/g, tuy nhiên vẫn đảm bảo cảm giác no nhờ khả năng trương nở khi thẩm thấu nước, mặt khác với độ ngọt gần như bằng không nên không gây tích mỡ tại các mô mỡ, do đó mang lại hiệu quả rất cao cho việc ngăn ngừa bệnh béo phì. I.4.2.5 Các tác dụng khác Các oligosaccharide có các chức năng sinh lý khác nhau. Con người không thể tiêu hóa oligosaccharide bởi vì cơ thể chúng ta không sinh ra các enzyme cần thiết để chuyển hóa chúng. Thay vào đó chúng được lên men và được tiêu thụ bởi các vi khuẩn đường ruột có lợi (Bifidobacteria) trong ruột kết. Vì vậy, oligosaccharide được coi là “tiền chất kháng sinh” bởi vì chúng kích thích sự phát triển của vi khuẩn có ích (còn gọi là các vi khuẩn Probiotic), làm tăng cường sự khỏe mạnh của hệ tiêu hóa, cân bằng các vi sinh vật có lợi và có hại. Trong quá trình đồng hóa oligosaccharide, nhờ các vi khuẩn ở ruột kết tạo ra các axit béo mạch ngắn, kích thích sự phát triển các vi khuẩn có lợi trong đường tiêu hóa [19; 25; 30; 40]. Ngoài các tác dụng trên, việc lên men của SDF trong ruột còn hỗ trợ hiệu quả cho việc tăng hấp thu canxi, magiê. Sản sinh ra nhiều butyrat, là một nguồn năng lượng quan trọng cung cấp cho cơ thể và cho các tế bào của hệ miễn dịch, và các kháng thể IgA trong thành ruột, giúp ức chế khả năng phát triển của các vi khuẩn gây bệnh đường ruột. Bên cạnh đó do làm giảm thời gian thức ăn lưu lại trong ruột nên chất xơ cũng có tác dụng giải độc. Các nghiên cứu dịch tễ học cho hay lượng chất xơ trong khẩu phần ăn tỷ lệ nghịch với số ca bị tử vong do ung thư ruột kết. Việc bổ sung chất xơ trong khẩu phần ăn cũng có tác dụng làm giảm hoặc kiểm soát được triệu chứng rối loạn đường ruột do sình hơi như bệnh ruột thừa, sỏi mật, táo bón. Ở các nước có thói quen sử dụng nhiều chất xơ trong bữa ăn, số lượng người mắc các chứng bệnh như: ung thư ruột, bệnh tiểu đường và các bệnh liên quan đến động mạch vành ít hơn rất nhiều so với các nước phương Tây. Hội những người mắc bệnh tim mạch ở Úc khuyến cáo mỗi người, mỗi ngày nên tiêu thụ vào khoảng 30 gram chất xơ. Cũng theo các chuyên gia Úc, trẻ nhỏ nên ăn khoảng 10 gam chất xơ mỗi ngày và cứ tăng thêm 1 tuổi thì nên bổ sung thêm 1 gam chất này. Đối với người cao tuổi, cùng với tuổi tác, hệ tiêu hóa dần dần lão hóa nên việc bổ sung chất xơ trong khẩu phần thức ăn cũng đặc biệt quan trọng. I.4.3 Tình hình nghiên cứu chất xơ trên thế giới Nhờ có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người, chất xơ thực phẩm ngày càng được chú ý nghiên cứu. Pilnik, W.; Voragen, A. G. J. năm 1970, đã nghiên cứu thu nhận các cơ chất pectin từ quả táo [32]. Năm 1984, De Vries, J. A và cộng sự đã tiến hành so sánh đặc điểm cấu trúc của pectin thu nhận từ táo và pectin thu từ vỏ quả citrus [22]. Năm 1990, May, C. D. đã thu nhận pectin từ vỏ cam ứng dụng trong chế biến thực phẩm và dược phẩm [26]. Năm 2004, Chau, C. F.; Huang, Y. L. đã thu nhận chất xơ không hòa tan từ hạt quả chanh dây [15]. Thompson, J.B (1984) và T. Prakongpan và cộng sự (2006) đã tiến hành nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm và cellulose từ lõi dứa. Chất xơ thực phẩm từ lõi dứa nhận được bằng phương pháp trích ly bằng EtOH. Cellulose từ lõi dứa được sản xuất theo phương pháp trích ly bằng dung dịch kiềm với một quá trình tẩy trắng. Tổng số chất xơ thực phẩm và cellulose thu được đạt 99,8% và 95,2% (so với lượng chất khô) và hoạt độ nước của chúng là 0,25. Mẫu cellulose từ lõi dứa chứa 91,2% cellulose có pH 4,0 trong khi chất xơ thực phẩm từ lõi dứa có pH 6,2. Sản phẩm chất xơ có kích thước lớn hơn thì có giá trị hơn sản phẩm có kích thước nhỏ do khả năng giữ dầu, giữ nước và pH, thể tích lắng và khả năng tạo nhũ tương. Cả hai sản phẩm trên đều có bề mặt lồi lõm, khô ráp và thể hiện các chức năng nổi trội khi bổ sung vào các loại bánh rán, các loại bánh nướng nhiều lớp và bánh hambeger thịt bò [37; 42]. Năm 2006, Katrin Hasekopf, viện nghiên cứu Frauenhof IVV, Freising (Đức) đã kết hợp với trường Đại học Mailand (Ý) và 11 nhà sản xuất thực phẩm và các chất phụ gia đã triển khai dự án sản xuất chất xơ thực phẩm từ đậu tương và ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm như súp ăn liền, bột làm bánh, pizza, đồ uống, các loại xúc xích v.v. Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm như: Xu Yunshe (Trung Quốc) năm 1997 đã nghiên cứu thành công công nghệ tách chiết chất xơ thực phẩm từ quả chuối. OUYANG Linghua , PU Biao , ZHANG Xuemei , Li Siming (Đài Loan) 1996, đã nghiên cứu công nghệ tách chiết chất xơ thực phẩm từ vỏ quả chanh. XU Guang-chao, YAO Huiyuan (Đài Loan) 1997, đã nghiên cứu thu nhận chất xơ thực phẩm từ hạt đậu tương. Cũng trong năm 1997, Yin Boxing , Sun Jian , Zhang Cuiying cũng đã nghiên cứu ứng dụng chất xơ thực phẩm trong sản xuất sữa chua. ZHANG Yanrong , ZHANG Ya-yuan , WANG Da-wei (1997), đã nghiên cứu sử dụng chất xơ thực phẩm thu nhận từ ngô trong sản xuất bánh qui. Trong những năm 1970 - 1975, Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm dạng oligosaccharide. Vào đầu những năm 1980 đến cuối những năm 1990, cùng với sự phát triển của công nghệ sản xuất enzyme, một vài loại oligosaccharide đã Maltooligosaccharide, được sản xuất ở qui Isomaltooligosaccharide, mô công nghiệp Cyclodextrin như: (CDs), Fructooligosaccharide v.v. trong số các công trình nghiên cứu đó phải kể đến một loạt các công trình nghiên cứu của Teruo Nakakuki [24; 35; 38]. I.4.4 Tình hình nghiên cứu chất xơ ở Việt Nam Ở Việt nam, đã có một số công trình nghiên cứu về chất xơ thực phẩm được công bố như: Nghiên cứu sản xuất pectin từ vỏ trái cây bằng phương pháp thủy phân axit của các tác giả Nguyễn Đăng Diệp – Phân Viện Công nghiệp Thực phẩm (Tp. Hồ Chí Minh); Nghiên cứu công nghệ sản xuất pectin có chỉ số methoxyl thấp từ vỏ cam của ThS. Nguyễn Thúy Hường, Viện Công nghiệp Thực phẩm (2007); Công trình nghiên cứu sản xuất fructooligosaccharide từ đường saccarose của TS. Trịnh Kim Vân, Viện Công nghiệp Thực phẩm (2003); Nghiên cứu công nghệ sản xuất Cyclodextrin từ tinh bột sắn của ThS. Đàm Lam Thanh, Viện Công nghiệp Thực phẩm (2005). Trong vài năm gần đây, sản phẩm chất xơ thực phẩm đã được một số Viện nghiên cứu và công ty ứng dụng để sản xuất thực phẩm chức năng cho bệnh nhân tiểu đường, cho mục đích giảm cân, bổ sung chất xơ vào sản phẩm sữa, bột dinh dưỡng cho trẻ em v.v. Tuy nhiên, các chế phẩm chất xơ sử dụng đều được nhập ngoại. Việc sản xuất chất xơ từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước hiện vẫn chưa được nghiên cứu. I.4.5 Qui trình công nghệ sản xuất chất xơ Dựa trên các số liệu tham khảo đã được công bố, nhóm tác giả tập trung hướng nghiên cứu vào 3 nguồn nguyên liệu sẵn có rẻ tiền trong nước là: vỏ chanh dây, bã dứa và cám gạo. Vì vậy các công nghệ tham khảo cũng tập trung chủ yếu vào sản xuất chất xơ từ các nguyên liệu này. I.4.5.1 Quy trình công nghệ sản xuất IDF (cellulose) từ lõi dứa [32;37] Lõi dứa ép loại bỏ dịch, xay nhỏ. Ngâm trong dung dịch kiềm loãng, nóng. Ly tâm thu bã cellulose, rửa lại bằng nước nóng 3 lần. Rửa bằng EtOH 70%, ly tâm và sấy khô. Cellulose từ lõi dứa có thể phải qua với một quá trình tẩy trắng. Tổng số chất xơ thực phẩm và cellulose thu được đạt 99,8% và 95,2% (so với lượng chất khô). Mẫu cellulose từ lõi dứa chứa 91,2% cellulose có pH 4,0 trong khi chất xơ thực phẩm từ lõi dứa có pH 6,2. I.4.5.2 Quy trình công nghệ sản xuất pectin từ phế liệu quả citrus [9; 22]. Cùi và bã quả citrus được rửa sạch, tách hạt, cắt nhỏ rồi rửa nước ấm (50 – 600C) để loại bỏ các glucoside còn sót lại. Sau đó đưa nhiệt độ lên tới 95 – 980C để làm mất hoạt tính của enzyme phân giải pectin. Sau đó là giai đoạn tách chiết pectin bằng cách đun nóng trong nước chứa axit (chlohydric, sulfuric). Thông thường, người ta dùng lượng nước gấp ba lần lượng vỏ khô, pH từ 1,3 – 1,4; nhiệt độ 90 – 1000C trong khoảng 1 giờ. Quá trình thủy phân kết thúc khi độ khô dung dịch đạt 2% (pectin 0,7 – 1,0%; đường 1,0 – 1,3%). Một ít tạp chất như tinh bột và protein lẫn với pectin sẽ được loại bỏ nhờ các enzyme phân giải. Việc xử lý này được thực hiện ở pH từ 4,5 – 5 (điều chỉnh bằng dung dịch natri cacbonat) và ở nhiệt độ 40 – 500C. Khi đã loại bỏ hết tinh bột (kiểm tra bằng iốt), điều chỉnh pH dung dịch tới 3 bằng cách thêm axit citric, rồi đưa nhiệt độ lên 800C để làm mất hoạt tính của enzyme. Dung dịch có thể được làm mất màu nhờ anhydrit sulfurơ, rồi cho lọc ép bằng máy ép thuỷ lực sau đó được làm sạch và lắng gạn, thu dung dịch pectin trong suốt. Sau khi lọc, dung dịch được cô đặc đến độ khô 10% thu được chế phẩm pectin với hàm lượng 4 – 5% đem bảo quản để nấu mứt. Cô đặc trong chân không ở nhiệt độ 55 – 600C, độ chân không từ 600 mmHg trở lên. Sau khi cô đặc thì nâng nhiệt lên 75 – 790C, rót vào bao bì và thanh trùng. Pectin cô đặc có thể bảo quản bằng SO2 không qua thanh trùng. Trung bình 100kg cùi quả cho 50 – 70 lít dung dịch pectin độ khô 10%. Để thu pectin ở dạng bột người ta đông tụ pectin lỏng bằng EtOH 950C rồi lọc để tách pectin khỏi hỗn hợp rượu – nước. Kết tủa pectin được rửa lại bằng EtOH 90%, sấy bằng máy sấy chân không trục rỗng ở 60 –700C đến khi độ ẩm còn 3 – 4%, nghiền nhỏ và đóng bao. I.4.5.3 Qui trình công nghệ sản xuất OS từ cám gạo Cám gạo sau khi tách lipit được xử lý bằng enzyme cellulase nồng độ 2% ở 500C trong 3 giờ. Tổng số hydratcacbon, đường khử, protein thô của dịch chiết sấy khô đạt 87,2%. Mono và disaccharide chiếm hơn 50%, oligosaccharide không nhỏ hơn 25% [30]. Theo nghiên cứu của Trường Đại học Tổng hợp Tohoku (Nhật Bản) các polysaccharide (thành phần chất xơ) của cám gạo đen có thể được trích ly bằng nước chưa bão hòa ở nhiệt độ từ 20 – 2600C trong 5 phút [16]. Để thu nhận các OS từ cám gạo, Ken Youn Li đã sử dụng phương pháp thủy phân axit [17]. Theo Hashim M.A cám gạo được đun sôi trong dung dịch kiềm loãng, sau đó được rửa và được đường hóa. Kiềm được dùng để hòa tan xylan. Quá trình đường hóa được thực hiện bởi enzyme beta 1-4 xylanase. Sản phẩm chính của quá trình này là xylose, xylobiose, xylotriose trong đó xylobiose chiếm ưu thế [19]. Iso-maltooligosaccharide được sản xuất từ tinh bột, các iso- maltooligosaccharide thương mại hiện nay được sản xuất bởi bốn công ty của Nhật Bản với sản lượng hơn 10.000 tấn/năm. Alpha amylase và beta glucoxidase được dùng để đường hóa tinh bột. Sản phẩm chủ yếu chứa isomaltose, panose và isomaltotriose [19]. I.4.6 Sản lượng, nhu cầu và xu hướng phát triển Mức độ tiêu thụ chất xơ trung bình của các nước khoảng 12 – 19 g/người/ngày, phụ thuộc nhiều vào giới tính và độ tuổi. Ở Châu Âu lượng tiêu thụ chất xơ trung bình khoảng 4 g/người/ngày, trong đó ở Ý là 7 - 9 g/người/ngày chủ yếu là từ bánh mỳ và mỳ ống. Riêng ở Úc và New Zealand là khoảng 5 g/người/ngày gần tương tự như các nước ở Châu Âu. Đối với các nước kém phát triển lượng tiêu thụ khoảng 10 - 40 g/người/ngày chủ yếu từ nguồn tinh bột, các loại ngũ cốc, rau họ đậu. Chất xơ được dùng trong sản xuất các loại đồ uống, kẹo, các loại bánh nướng, sữa chua, các sản phẩm sữa cho trẻ em. Bảng 1.3. Một số ứng dụng của chất xơ trong sản phẩm thực phẩm Ứng dụng Sữa chua uống Đồ tráng miệng Các loại bánh nướng Mỳ sợi Cơm Thực phẩm đông lạnh Jelly Kẹo Chất ổn định Chất nhũ tương Số lượng trong sản phẩm cuối cùng (g/kg) 1-5 1-30 Chất đông đặc 1-10 18,56 55 1-10 5,17 35 0,5-10 12,8 43 1-10 2,45 - 1-10 3,48 7,14 Chức năng Tác nhân chống dính Tác nhân chống dính Tác nhân chống dính Tác nhân chống dính Chất ổn định, chất đông đặc Ước tính tiêu thụ sản phẩm tương đương ở Châu Âu (g/người/ngày) Ước tính tiêu thụ sản phẩm tương đương ở Anh (g/người/ngày) 0,68 2,5 0,78 2,1
- Xem thêm -