Đồ án Công nghệ sinh học ứng dụng trong sản xuất và chế biến thực phẩm chức năng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC BK TP HCM ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM CHỨC NĂNG GVHD : TS. Nguyễn Thúy Hương SVTH : Vũ Thị Ngọc An - MSSV: 60600031 Nguyễn Kiều Oanh - MSSV: 60601729 Nguyễn Thị Minh Tâm - MSSV: 60602122 TP. Hồ Chí Minh, tháng 06/2010 LỜI CẢM ƠN Trong suốt 4 năm học tại trường Đại học Bách Khoa, ngành Công nghệ sinh học, chúng em đã được trang bị một hành trang vào đời quý báu và một kiến thức chuyên ngành mà chúng em yêu thích. Đồ án chuyên ngành này là thành quả làm việc nghiêm túc của từng cá nhân trong nhóm thực hiện suốt một học kì, bước đầu định hướng cho Luận văn tốt nghiệp, với đề tài : “Công nghệ sinh học ứng dụng trong sản xuất và chế biến thực phẩm chức năng”. Để hoàn thành tốt đồ án, ngoài công sức làm việc của mỗi cá nhân trong nhóm không thể không kể đến công lao to lớn của các thầy cô đã luôn theo sát chúng em. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Quý thầy cô Bộ môn Công nghệ sinh học, đặc biệt là cô Nguyễn Thúy Hương đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng đồ án chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự chỉ bảo góp ý từ Quý thầy cô và ý kiến xây dựng từ các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn nữa. TP. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2010 Nhóm SVTH: VŨ THỊ NGỌC AN NGUYỄN KIỀU OANH NGUYỄN THỊ MINH TÂM  - i - MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................i MỤC LỤC ............................................................................................................................ii DANH MỤC BẢNG ...........................................................................................................ix DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... xviii LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................xix PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG........................................... 1 CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM THỰC PHẨM CHỨC NĂNG ............................................. 2 1.1. Khái niệm thực phẩm chức năng ....................................................................... 2 1.2. Phân biệt thực phẩm chức năng với một số thực phẩm khác .............................. 4 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4  Thực phẩm thông thường (Ordinary food ingredients) ................................4 Thực phẩm chức năng (Functional Foods) ...................................................4 Thực phẩm thuốc (Medical Foods)............................................................... 4 Thuốc và dược liệu (Drug) ........................................................................... 5 1.3. Lịch sử nghiên cứu thực phẩm chức năng trong nước và trên thế giới ............... 6 1.3.1. Trên thế giới.................................................................................................. 6 1.3.2. Tình hình sử dụng thực phẩm chức năng ở Việt Nam.................................. 6 CHƯƠNG 2. PHÂN LOẠI THỰC PHẨM CHỨC NĂNG - VAI TRÒ SINH HỌC...... 8 2.1. Phân loại thực phẩm chức năng........................................................................... 8 2.1.1. Các chất xơ chức năng trong dinh dưỡng ..................................................... 8 2.1.2. Các loại đường đa phân tử chức năng (Oligosaccharides) ........................... 9  - ii - 2.1.3. Acid amin, peptide và protein chức năng ..................................................... 9 2.1.4. Vitamin và khoáng chất ................................................................................ 9 2.1.5. Vi khuẩn sinh acid lactic, acid butyric........................................................10 2.1.6. Acid béo chưa no ........................................................................................10 2.1.7. Các loại sắc tố thực vật ...............................................................................11 2.2. Phân loại dựa theo nguyên liệu thực phẩm chức năng ......................................11 2.2.1. Thực phẩm chức năng có nguồn gốc thực vật ............................................11 2.2.2. Thực phẩm chức năng có nguồn gốc động vật ...........................................13 2.3. Vai trò sinh học của một số loại thực phẩm chức năng tới sức khỏe ................16 2.3.1. Thực phẩm chức năng nguồn gốc thực vật .................................................16 2.3.2. Thực phẩm chức năng từ nguồn nguyên liệu sinh vật biển và động vật ....22 2.3.3. Thực phẩm chức năng từ nguồn nguyên liệu nấm......................................27 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP LÀM GIÀU CÁC CHẤT DINH DƯỠNG CHỨC NĂNG .............................................................................................................................33 3.1. Chọn giống cây trồng vật nuôi giàu chất dinh dưỡng chức năng ......................33 3.2. Làm giàu chất dinh dưỡng thông qua con đường chế biến thực phẩm .............34 3.3. Làm giàu chất dinh dưỡng thông qua kĩ thuật, chăn nuôi .................................35 CHƯƠNG 4. NHỮNG QUY ĐỊNH CHUNG VỀ QUẢN LÝ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TRÊN THỊ TRƯỜNG ........................................................................................36 4.1. Qui định về sự công nhận tác dụng các chất dinh dưỡng chức năng ................36 4.1.1. Quản lý tiêu chuẩn về mặt khoa học các chất dinh dưỡng chức năng........36 4.1.2. Yêu cầu chấp nhận của cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và dược phẩm trước khi đưa ra thị trường tiêu thụ ......................................................37 4.2. Qui định về tên gọi và dán nhãn, lưu hành trên thị trường................................37 4.1.1. Mục tiêu của dán nhãn thực phẩm thông thường và TPCN .......................37  - iii - 4.1.2. Cơ quan quản lý dán nhãn thực phẩm ........................................................37 PHẦN 2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG ......................................................................................................39 CHƯƠNG 1.THÀNH TỰU PHÁT TRIỂN CỦA THỰC PHẨM CHUYỂN GEN ......40 1.1. Tình hình phát triển của thực phẩm chuyển gen trên thế giới và ở Việt Nam.....40 1.1.1. Trên thế giới ..................................................................................................40 1.1.2. Tình hình phát triển thực phẩm chuyển gen ở Việt Nam ..............................47 1.2. Những đặc tính mới của sinh vật chuyển gen được dùng trong thực phẩm chức năng .............................................................................................................................48 1.2.1. Thực vật .........................................................................................................48 1.2.2. Động vật ........................................................................................................51 CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GEN..................................................57 2. 1.Thực vật................................................................................................................57 2. 1.1. Phương pháp chung ......................................................................................57 2.1.2. Kỹ thuật cơ bản .............................................................................................58 2.2. Động vật ...............................................................................................................71 2.2.1. Nguyên tắc.....................................................................................................71 2.2.2. Các phương pháp...........................................................................................76 CHƯƠNG 3. TĂNG CƯỜNG FOLATE TRONG CÁC LOẠI CÂY THỰC PHẨM ..81 3.1. Folate ....................................................................................................................82 3.1.1. Giới thiệu về folate ........................................................................................82 3.1.2. Các dạng của folate .......................................................................................83 3.1.3. Sự thiếu hụt folate và sức khỏe .....................................................................84 3.1.4. Nhu cầu folate ...............................................................................................85  - iv - 3.2. Cà chua tăng cường folate thế hệ 1 ......................................................................86 3.2.1. Nguyên lý ......................................................................................................86 3.2.2. Vật liệu và phương pháp ...............................................................................88 3.2.3. Kết quả...........................................................................................................92 3.2.4. Bàn luận.......................................................................................................100 3.3. Cà chua tăng cường folate thế hệ 2 ....................................................................102 3.3.1. Vật liệu và phương pháp .............................................................................102 3.3.2. Kết quả.........................................................................................................103 3.4. Gạo tăng cường folate ........................................................................................105 3.4.1. Vật liệu và phương pháp .............................................................................105 3.4.2. Kết quả.........................................................................................................106 3.5. Những thành tựu và hướng phát triển ................................................................112 3.5.1. Thành tựu.....................................................................................................112 3.5.2. Hướng phát triển..........................................................................................114 3.6. Kết luận về các loại cây trồng chuyển gen được làm giàu folate ......................117 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VỀ CÁC LOẠI CÂY CHUYỂN GEN GIÀU CHẤT DINH DƯỠNG CHỨC NĂNG ...............................................................................................118 PHẦN 3. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG .................................................................................................................120 CHƯƠNG 1. TẢO SPIRULINA ...................................................................................121 1.1. Giới thiệu chung ..............................................................................................121 1.2. Tổng quan về tảo Spirulina .............................................................................123 1.2.1. Lịch sử phát hiện.......................................................................................123 1.2.2. Phân loại ...................................................................................................123 1.2.3. Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina ........................................................123  - v - 1.2.4. Thành phần hóa học của Spirulina ...........................................................126 1.2.5. Tình hình nuôi trồng và phát triển Spirulina ............................................129 1.2.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Spirulina ...........................................130 1.2.7. Công nghệ nuôi trồng tảo Spirulina..........................................................136 1.2.8. Các phương pháp phá vỡ tế bào S.platensis .............................................140 1.3. Nghiên cứu tình huống ....................................................................................142 1.3.1. Nghiên cứu xử lý tảo Spirulina.................................................................142 1.3.2. Nghiên cứu chiết suất các hợp chất chống oxy hóa từ S.platensis ...........154 1.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của sinh khối Spirulina platensis lên hệ vi khuẩn của sữa lên men ABT trong suốt thời gian bảo quản ............................................167 1.4. Giới thiệu một số sản phẩm Spirulina hiện nay ..............................................180 1.5. Kết luận............................................................................................................182 CHƯƠNG 2. FRUCTOOLIGOSACCHARIDE (FOS) ...............................................184 2.1. Tổng quan về FOS ...........................................................................................184 2.1.1. Khái niệm FOS .........................................................................................184 2.1.2. Nguồn gốc FOS – Cấu tạo ........................................................................185 2.1.3. Tính chất của FOS: ...................................................................................189 2.1.4. Ảnh hưởng của FOS lên cơ thể và sức khỏe con người ...........................191 2.1.5. Tính an toàn và ứng dụng của FOS ..........................................................195 2.1.6. Tình hình nghiên cứu và sản xuất FOS trên thế giới ................................197 2.1.7. Giới thiệu các enzyme trong sản xuất FOS ..............................................204 2.1.8. Tiềm năng cho sản xuất FOS tại Việt Nam ..............................................209 2.2. Thu nhận và tinh sạch enzyme â-fructofuranosidase từ chủng nấm mốc Aspergillus niger IMI303386 ....................................................................................211 2.2.1. Tóm tắt nghiên cứu ...................................................................................211 2.2.2. Nguyên liệu và phương pháp ....................................................................211  - vi - 2.2.3. Kết quả và bàn luận ..................................................................................215 2.3. Lên men tái sử dụng nhiều chu kì chủng Aspergillus oryzae CFR 202 thu nhận enzyme fructosyltransferase và ứng dụng sản xuất đường FOS ...............................222 2.3.1. Tóm tắt nghiên cứu ...................................................................................222 2.3.2. Nguyên liệu và phương pháp ....................................................................223 2.3.3. Kết quả và bàn luận ..................................................................................224 2.4. Cố định tế bào nấm mốc Aspergillus japonicus vào chất mang gluten và ứng dụng sản xuất đường fructooligosaccharide .............................................................226 2.4.1. Tóm tắt nghiên cứu ...................................................................................226 2.4.2. Nguyên liệu và phương pháp ....................................................................227 2.4.3. Kết quả ......................................................................................................228 2.5. Sản xuất FOS cao độ từ sucrose sử dụng hệ enzyme â-fructofuranosidase và glucose oxidase .........................................................................................................233 2.5.1. Tóm tắt nghiên cứu ...................................................................................233 2.5.2. Nguyên liệu và phương pháp ....................................................................233 2.5.3. Kết quả và bàn luận ..................................................................................235 2.6. Ứng dụng công nghệ enzyme để thu nhận đường chức năng FOS từ dịch mía ở Việt Nam ...................................................................................................................244 2.6.1. Tóm tắt nghiên cứu ...................................................................................244 2.6.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ........................................................244 2.6.3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận: .............................................................245 2.7. Nghiên cứu sử dụng đường FOS trong sản xuất một số thực phẩm chức năng ở Việt Nam ...................................................................................................................252 2.7.1. Sản xuất bột dinh dưỡng trẻ em ................................................................252 2.7.2. Sản xuất bánh bích quy .............................................................................254  - vii - 2.7.3. Sản xuất kẹo ..............................................................................................257 2.8. Kết luận chung về sản xuất FOS và ứng dụng cho đến nay ............................259 KẾT LUẬN CHUNG ĐỀ TÀI .......................................................................................261 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................262  - viii - DANH MỤC BẢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG Bảng 1.1: Phạm trù giữa thực phẩm và thuốc ...................................................................... 5 Bảng 2.1: Hệ thống phân loại FOSHU ...............................................................................15 Bảng 2.2: Hàm lượng lycopene trong một số sản phẩm cà chua .......................................19 Bảng 2.3: Khả năng ức chế các gốc tự do của các hợp chất trong trà xanh .......................21 PHẦN 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG Bảng 1.1: Diện tích cây trồng CNSH năm 2007 trên thế giới............................................41 Bảng 1.2: Trang trại nuôi giống động vật sản xuất protein dược phẩm .............................51 Bảng 1.3: Những protein có tác dụng chữa bệnh trong sữa được sản xuất ra bởi thú cho sữa chuyển gen ...................................................................................................................53 Bảng 1.4 : Một vài thông số liên quan đến việc tiết sữa ở động vật có vú.........................53 Bảng 1.5 : Ước tính sản lượng protein sinh phẩm trong sữa và qui mô đàn thú chuyển gen trên thế giới .........................................................................................................................54 Bảng 1.6: Một số thay đổi các thành phần của sữa được đề xuất ......................................56 Bảng 2.1: Các phương pháp chuyển gen không sử dụng các yếu tố virus .........................77 Bảng 3.1: Những cây lương thực có folate.........................................................................83 Bảng 3.2: Nhu cầu folate đề nghị cho trẻ em và người lớn................................................85  - ix - PHẦN 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học của Spirulina ..................................................................126 Bảng 1.2: Thành phần vitamin của Spirulina ...................................................................127 Bảng 1.3: Thành phần khoáng của tảo Spirulina .............................................................127 Bảng 1.4: Thành phần acid amin của tảo Spirulina .........................................................128 Bảng 1.5: Các chất màu trong Spirulina ..........................................................................128 Bảng 1.6: Các loại thực phẩm được chế biến từ tảo Spirulina.........................................131 Bảng 1.7: Môi trường cơ bản( môi trường Zarrouk) .......................