Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Chương 1: Mở đầu

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Chương 1: Mở đầu

1. CƠNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM
2. CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU I. Giới thiệu Cơng nghệ sinh học thực phẩm 1.1 Một số khái niệm về cơng nghệ sinh học 1.2 Cơng nghệ sinh học thực phẩm II. Lịch sử phát triển và triển vọng
3. I. Giới thiệu Cơng nghệ sinh học thực phẩm
4. 1.1 Một số khái niệm về cơng nghệ sinh học 1.1.1 CƠNG NGHỆ SINH HỌC LÀ GÌ ? Giống nhƣ nhiều ngành khoa học cơng nghệ khác, thuật ngữ Cơng nghệ sinh học (Biotechnology) cĩ nhiều định nghĩa khác nhau và hiểu nĩ cũng khơng thống nhất. Cơng nghệ sinh học cĩ thể hiểu theo 2 nghĩa rộng và hẹp : – Theo nghĩa rộng bao gồm cả các ứng dụng lâu đời nhƣ lên men rƣợu, bia, phomat, và cả các kĩ thuật cao cấp ngày nay. Theo nghiã này, CNSH xuất hiện cách đây hơn 100 thế kỉ (10000 năm). – Theo nghĩa hẹp: CNSH liên quan đến kĩ thuật hiện đại nhất nhƣ cơng nghệ di truyền và các kĩ thuật cao cấp khác nhƣ cố định enzyme, tạo dịng vi khuẩn tổng hợp protein người, tạo các kháng thể đơn dịng Theo nghiã này CNSH đƣợc tính từ 1970.
5.  Cơng nghệ sinh học (Biotechnology) là một thuật ngữ khoa học do kĩ sƣ ngƣời Hungary là Karl Ereky nêu ra vào năm 1917 để chỉ quá trình nuơi heo (lợn) với quy mơ lớn bằng thức ăn là củ cải đƣờng lên men. Tuy nhiên, thuật ngữ này ít đƣợc nhắc đến trong hơn 50 năm và chỉ đƣợc sử dụng rộng rãi sau phát minh ra kĩ thuật di truyền (KTDT) vào đầu thập niên 1970, nên cĩ lúc đƣợc coi là sự bùng nổ CNSH.  Trƣớc 1970, CNSH đƣợc hiểu là Cơng nghiệp lên men (Industrial fermentation) vi sinh vật để tạo thƣơng phẩm. Trong các thập niên 1960 và 1970, cơng nghệ lên men đã phát triển thành một ngành cơng nghiệp lớn trên thế giới với doanh số gần trăm tỉ USD/năm.
6. Cơng nghệ sinh học (Biotechnology) và Cơng nghệ thơng tin (Informatic technology) đƣợc coi là làn sĩng thứ năm trong lịch sử phát triển của khoa học và cơng nghệ. Cơng nghệ sinh học (CNSH) cĩ 3 cấp độ khác nhau: CNSH truyền thống nhƣ các hoạt động chế biến thực phẩm (rƣợu, giấm , sữa chua, dƣa chua, cà muối, pho-mát, tƣơng, nƣớc mắm, men bánh mì ), ủ phân, diệt khuẩn và ức chế vi sinh vật cĩ hại
7. CNSH cận đại với việc sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp các sản phẩm của cơng nghệ lên men, cơng nghệ vi sinh vật (cồn, bia, dung mơi hữu cơ, bột ngọt và các acid amin khác, acid citric và các acid hữu cơ khác, chất kháng sinh, nhiều vitamin, các loại vaccin, kháng độc tố, các kit chẩn đốn bệnh truyền nhiễm, thuốc trừ sâu sinh học, phân bĩn sinh học ). CNSH hiện đại chỉ mới xuất hiện trong vài thập kỷ gần đây. CNSH hiện đại sử dụng các kỹ thuật trao đổi, sửa chữa, tổ hợp hoặc cải tạo vật chất di truyền ở mức độ phân tử để tạo ra những loại vi sinh vật mới hoặc bắt các sinh vật này tạo ra các protein hay các sản phẩm khác mà vốn dĩ chúng ta khơng tạo ra đƣợc.
8. CNSH hiện đại bao gồm các lĩnh vực Cơng nghệ di truyền (Genetic engineering, Cơng nghệ tế bào (Cell engineering), Cơng nghệ vi sinh vật/Cơng nghệ lên men (Microbial engineering/Fermentation engineering), Cơng nghệ enzym/protein (Enzym/Protein engineering) và CNSH mơi trƣờng (Environmental biotechnology)
9. Sự ra đời của Cách mạng sinh học mới làm cho thuật ngữ Cơng nghệ sinh học trở nên thơng dụng vào nửa sau cuả thập niên 70. Trƣớc 1973, ngƣời ta thƣờng dùng các từ Vi sinh cơng nghiệp, Cơng nghệ lên men, Kĩ thuật sinh hố, Cơng nghệ sinh học là một thuật ngữ rất đạt, đã bao hàm trong nĩ tất cả những tên đã gọi các lĩnh vực ứng dụng trƣớc đây và với nội dung mới. Nĩ phản ánh những thành tựu hết sức to lớn của sự phát triển sinh học trong nhiều thập niên trƣớc đĩ. Cách mạng sinh học mới cao hơn hẳn về chất so với Cách mạng xanh vào những năm của thập niên 1960.
10. 1.1.2 CÁC LĨNH VỰC CỦA CNSH Từ những năm 1970 đến nay, CNSH đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và đƣợc phân loại theo các đối tƣợng hoặc ngành ứng dụng. a) CNSH phân loại theo các đối tượng Cơng nghệ sinh học phân tử (Molecular biotechnology) gồm cơng nghệ gen và các ứng dụng kĩ thuật di truyền. Sản phẩm : các protein, vaccin tái tổ hợp; các chế phẩm dùng chẩn đốn và trị liệu; các vi sinh vật, động thực vật chuyển gen;
11. Cơng nghệ sinh học protein và enzyme (Biotechnology of proteins and enzymes). Sản phẩm : + Các protein của máu; vaccin và kháng thể; hormone và nhân tố tăng trƣởng; interferon, interleukin; protein dùng cho phân tích; protein khơng xúc tác; + Các enzyme cơng nghiệp (industrial enzymes) nhƣ protease, amylase, pectinase ; các enzyme cố định (immobilized enzymes); các enzyme từ vi sinh vật cực đoan (extremophiles); . + Cảm biến sinh học (biosensor).
12. Cơng nghệ sinh học vi sinh vật (Microbial biotechnology). Sản phẩm : các loại thực phẩm lên men cổ truyền ( rƣợu, bia, phomat, tƣơng, chao ), các enzyme, các acid hữu cơ, các amino acid, các thuốc kháng sinh, các biopolymer, hay sinh khối tế bào vi sinh làm nguồn protein, kể cả nấm trồng Cơng nghệ sinh học thực vật (Plant biotechnology). Sản phẩm : Các cây vi nhân giống trong ống nghiệm (in vitro), các dịng tế bào từ nuơi hạt phấn, các dịng tế bào thực vật đƣợc nuơi in vitro ứng dụng trong nhân và chọn giống,
13. Cơng nghệ sinh học động vật (Animal biotechnology). Sản phẩm : Các interferon, hormone chiết tách từ nuơi tế bào động vật, vaccin virus, các kháng thể đơn dịng, các tế bào gốc (stem cell) đƣợc nuơi tạo dịng (cloning) động vật, kĩ thuật mơ tế bào, chẩn đốn nhanh đực cái, chuyển phơi ghép phơi,
14. Năm 1997, Wilmut cơng bố tạo dịng hay nhân bản vơ tính (cloning) cừu Dolly gây chấn động dư luận thế giới. Cừu Dolly trắng và mẹ đẻ đầu đen giống Blackface
15. Cho đến cuối tháng giêng năm 1996, có ít nhất 277 phôi đã được tạo ra, đưa vào ống dẫn trứng của các cừu cái khác nhau và thu lại 247 phôi. Trong số đó có 29 phôi đã phát triển đến giai đoạn phôi nang hoặc phôi vị và chúng được đưa vào tử cung của 13 cừu mang thai. Chỉ một trong số đó phát triển thành thai và cừu con sống có biểu hiện các tính trạng bình thường là Dolly.
16. Cừu Dolly nổi tiếng vì nĩ là động vật cĩ vú đầu tiên được nhân bản và phát minh này cĩ ý nghĩa lớn về mặt khoa học, đồng thời nhạy cảm về xã hội, vì nĩ mở ra khả năng nhân bản người. Tuy nhiên, cho đến nay kết quả ở cừu chưa lặp lại được do phần lớn chết non và cừu Dolly chĩng già cũng đã chết. Các nhà khoa học cho rằng cần nghiên cứu lại từ đầu quá trình tái hoạt hố nhân tế bào soma đã biệt hố. Phát minh tế bào gốc tiếp theo mở ra triển vọng mới cho tạo dịng vơ tính bằng cách sử dụng nhân tế bào gốc.
17. b) CNSH gọi theo các lĩnh vực kinh tế xã hội Căn cứ các lĩnh vực kinh tế xã hội, CNSH gồm chủ yếu : Cơng nghệ sinh học y học (Medical biotechnology). Cơng nghệ sinh học thực phẩm (Food biotechnology). Cơng nghệ sinh học năng lượng (Energetic biotechnology). Cơng nghệ sinh học trong hĩa học và vật liệu (Biotechnology in chemistry and materials).
18. Cơng nghệ sinh học nơng nghiệp (Agricultural biotechnology). Cơng nghệ sinh học mơi trường (Environmental biotechnology). Ngồi những lĩnh vực này, nhiều hƣớng nghiên cứu chuyên sâu về nhiều vấn đề đã hình thành nhƣ CNSH hƣơng liệu (Aroma biotechnology), CNSH khống chất (Mineral biotechnology),
19. 2200 năm trước Archimede nĩi rằng: “Hãy cho tơi một điểm tựa ” Hơm nay, CNSH cĩ thể nĩi rằng: “Hãy cho tơi một tế bào gốc ”
20. Cĩ một nàng cơng chúa xinh đẹp, tài hoa và đức hạnh đã thức dậy
21. Chàng Hiệp sỹ dũng cảm BIOTECHNOLOGY “Được hiểu là một cơng nghệ mạnh, can thiệp trực tiếp vào gen và TB, nhằm cải biến sự sống phục vụ lợi ích chính đáng của con người ” -Phương pháp mạnh -Kỹ thuật mạnh -Tài chính mạnh -Trí tuệ mạnh
22. Các lồi giun dẹp bị cắt hàng chục mảnh, trong 12 ngày (Khối lượng các sau, chúng phát triển TBG chiếm 30%) thành hàng chục cơ thể mới
23. Một số lồi sao biển cĩ khả năng tái tạo các xúc tu và dạ dày
24. Cua biển cĩ thể tự ngắt bỏ càng để thay thế càng mới
25. Hươu - ĐV cĩ vú được biết duy nhất tới nay cĩ khả năng tái sinh trọn vẹn một mơ sống Cuối mùa kết đơi, bộ gạc rụng, tới mùa xuân, bộ gạc mới nhú lên Mọc hồn chỉnh 3-4 tháng, 1 năm/lần (loại mơ sống tăng trưởng nhanh nhất) GS Joanna Price - ĐH Thú Y Hồng gia Anh (Theo Associated Press, 3-2006)
26. Sự hiện diện bất ngờ và lộng lẫy của tế bào gốc khiến các nhà khoa học say đắm mê mẩn như thể vướng vào “TIẾNG SÉT ÁI TÌNH” - 2001-2007: gần 1000 SC lab. ra đời - 12 tạp chí khoa học chuyên đề - Gần 600 đầu sách - Hơn 460.000 bài báo
27. Khả năng biệt hĩa thành bất kỳ tb nào đĩ trong cơ thể theo lệnh Được cảm ứng để tạo thành các Tb, cơ quan chức năng Đặc biệt, dễ dàng cải biến miễn dịch thải loại Ví dụ TB tuyến tụy, thần kinh, cơ tim Viễn cảnh về các “nơng trại” sản xuất cơ quan vàcơ thể người phục vụ cho thay thế
28. Gần 50 bệnh hiểm nghèo trên thế giới đã được điều trị thành cơng bằng TBG Một số ung thư Liệt do chấn thương Đột qụy Tim mạch Tiểu đường Phục hồi chức năng thần kinh Tái tạo da
29. ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƯỜNG Tế bào hư Các tb blastocyst được tách và nuơi cấy cùng nhân tố tăng trưởng để biệt hĩa tb tạo insulin TB tạo insulin được TBG tiêm lại cơ thể bệnh
30. Bệnh nhân bỏng Robert
31. Tháng 5-2007, van tim ba lá đầu tiên ra đời được biến đổi từ TBG (kỹ thuật biệt hĩa tại tổ chức mơ sau khi TBG được hoạt hĩa in vitro) Phục hồi mơ liên kết lá van và mơ cơ nhú (kéo lá van) từ hai nguồn TBG khác nhau (Pr. Yacoub Magdi, Imperial College of London)- theo Le Monde
32. Tháng 1-2007, võng mạc (retina) đầu tiên ra đời được biến đổi từ TBG TBG được thu nhận tại giác mạc của bệnh nhân Lab. (Giác mạc thành cơng năm 2003)
33. Cơng nghệ tái tạo in vitro tb sinh dục của người từ TBG Đã phát triển được ba dạng tiền tinh trùng khác nhau từ TBG lấy ở tủy xương
34. Bé Adam Nash ra đời bằng IVF (Serve combined immunodeficiency Hội chứng khiếm khuyết syndrome_SCID) miễn dịch trầm trọng (Trường hợp thứ 2: chị em bé Eduly ngược lại) (TRỊ LIỆU CÁC BỆNH VỀ MIỄN DỊCH)
35. 1.2 Cơng nghệ sinh học thực phẩm 1.2.1 Thực phẩm là gì? Thực phẩm giúp cho cơ thể làm việc, tăng trưởng và tự sửa sai. Loại thực phẩm mà chúng ta ăn vào cĩ thể ảnh hưởng hiệu quả đến các quá trình này. Chức năng cơ thể và thực phẩm trợ giúp thành một phức hợp mật thiết. Trong thực tế, thực phẩm là một tổ hợp phức tạp của các hợp chất hố học. Thành phần hố học của thực phẩm Thực phẩm bao gồm nhiều cơ chất hố học khác nhau, cả những thành phần dinh dưỡng đại lượng như protein và những thành phần dinh dưỡng vi lượng như vitamin, nước, chất xơ, cũng như nhiều thành phần khác.
36. COMPONENTS OF FOOD IN THE TOTAL DIET
37. Một thức ăn đơn lẻ hay ngay cả một bữa ăn khơng thể chứa dựng tất cả thành phần của thực phẩm. Chế độ ăn uống tổng thẻ sẽ bao gồm những mĩn mà người ta phải dùng trong nhiều trường hợp khác nhau. Số lượng các chất hố học được tìm thấy trong chế độ ăn uống tổng thể thì rất lớn. Thức ăn cĩ thể cĩ màu sắc (tự nhiên hay tổng hợp), hương vị, cĩ tác động dược lý (cà phê, steroid, salicylate ), những chất độc tự nhiên, chất phụ gia, và các chất bị nhiễm khác (như nhiễm thuốc trừ sâu từ mơi trường nuơi trồng).
38. Tính chất hố học của thực phẩm bị thay đổi do sự tồn trữ, bảo quản và đặc biệt là do cách nấu. Các chất hố học trong thực phẩm cũng cĩ thể tương tác với nhau bên trong cơ thể. Ví dụ, sự cĩ mặt của chất sắt từ nguồn thực vật trong cơ thể là tùy thuộc vào số lượng vitamin C cĩ trong thực phẩm được ăn vào. Cách mà carbohydrate được hấp thu vào ruột tùy thuộc vào sự hiện diện của chất xơ, mặc dù bản thân chất xơ thì khơng được cơ thể hấp thu.
39. Dạng lý học của thức ăn Tính chất vật lý của thức ăn rất quan trọng. Kích thước các tiểu thể thức ăn cĩ thể ảnh hưởng đến hàm lượng chất dinh dưỡng được cơ thể tiêu hố và hấp thụ. Ví dụ, ăn một quả táo nguyên vẹn sẽ cĩ giá trị dinh dưỡng khác với uống tất cả những thành phần hố học tương tự trong purée táo. Gạo nghiền thì tiêu hố nhanh hơn gạo khơng được nghiền. Chất dinh dưỡng dễ dàng hấp thu hơn từ bơ đậu phộng hơn là hạt đậu phộng.
40. Tính acid hoặc kiềm Tính acid hoặc kiềm của thực phẩm là đặc điểm vật lý cũng rất quan trọng. Thực phẩm cĩ tính acid hoặc kiềm cĩ thể khác nhau về sự tiêu hố trong dạ dày và ruột và sẽ làm cho nước tiểu cĩ tính acid hoặc tính kiềm. Cơ thể con người cĩ thể thích nghi với một khoảng rộng về độ acid và độ kiềm mà khơng xảy ra vấn đề gì. Thực phẩm acid nĩi chung cĩ vị chua trong khi thực phẩm kiềm thường cĩ vị giống xà phịng. Việc dùng sodium bicarbonate cĩ thể làm cho thực phẩm cĩ tính kiềm và cũng cĩ thể làm mất vitamin C.
41. 1.2.2 Cơng nghệ sinh học thực phẩm CNSH thực phẩm cĩ tác động hàng ngày đến cuộc sống của hầu hết cư dân trên hành tinh của chúng ta. Ngày nay, nhu cầu về thực phẩm địi hỏi phải đảm bảo cân bằng dinh dưỡng (đủ các chất), an tồn, và nhiều sản phẩm mới để ăn ngon mà khơng bệnh và ăn trị bệnh.
42. Giá trị của thực phẩm lên men cổ truyền Thực phẩm lên men cổ truyền (traditional fermented foods) là những thực phẩm được tạo ra nhờ sự chuyển hố do các vi sinh vật tự nhiên (gọi là sự lên men). Loại thực phẩm này cĩ lịch sử lâu đời gắn liền với sự phát triển của lồi người. Chúng cĩ nguồn nguyên liệu đa dạng nhất (rau quả, cá thịt, sữa, ) nên cĩ nhiều loại sản phẩm nhất. Sản phẩm mang sắc thái riêng biệt của từng dân tộc nên gắn liền với nếp sống văn hố của dân tộc nhất, được nhiều người trên hành tinh sử dụng nhiều nhất (từ người trong cảnh đĩi nghèo đến các bậc vương giả, vua chúa). Đa số quy trình sản xuất thực phẩm lên men cổ truyền đơn giản và được truyền qua dân gian. Ngồi ra, nhiều quy trình chế biến cĩ thể thực hiện ở gia đình và sản xuất ít tiêu tốn năng lượng nhất. Thực phẩm lên men cổ truyền gồm các nhĩm chủ yếu: rượu bia, sản phẩm lên men thuỷ sản, thịt, sữa, đậu nành,
43. Thực phẩm lên men từ thuỷ sản Nhĩm thực phẩm lên men cổ truyền từ các nguồn thuỷ sản như cá, tơm và cua cĩ sản lượng lớn, giữ vai trị quan trọng chế biến thuỷ sản và cĩ mặt trong bữa ăn hàng ngày của mọi người Việt Nam. Các thực phẩm lên men từ cá như nước mắm và mắm cĩ thời gian chế biến rất lâu vì các biến đổi diễn ra ở nồng độ muối cao. Chúng cĩ nhiều loại như nước mắm, mắm cá, mắm tơm cua.
44. a) Nước mắm Nước mắm là nước chấm (sauce) thu được từ sự thuỷ phân cá bằng lên men tự nhiên ở nồng độ muối trung bình. Nhìn chung, nước mắm là mặt hàng chính của ngành thuỷ sản Việt Nam, nĩ tiêu thụ 40 – 60% tổng số cá đánh bắt được và chế biến khắp nơi trong tồn quốc. Tuy nhiên cho đến nay, sản xuất vẫn theo phương pháp cổ truyền, quy trình thơ sơ, thời gian kéo quá dài (từ 9 tháng đến 1 năm) và hiệu quả kinh tế thấp.
45. Toàn cảnh xí nghiệp quốc doanh Đảo trộn cá-muối nước mắm Cát Hải
46. Hai dãy thùng gỗ Các thanh nẹp phía trên
47. b) Mắm cá tôm Làm mắm là phương pháp chế biến kết hợp việc ướp muối thuỷ sản với quá trình lên men trong một khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện thích hợp sản phẩm sẽ phân giải ngấu chín thành mắm tạo ra mùi vị đặc trưng và có thể tồn trữ lâu dài. Mắm cá là sản phẩm dạng bán rắn, sản xuất từ cá đồng (cá nước ngọt) hoặc cá biển trộn với muối. Mắm cá thu: Kĩ thuật sản xuất mắm cá thu (nhóm cá khoảng 10 loài) tương đối đơn giản, phụ thuộc vào phương pháp chế biến và kinh nghiệm ở từng địa phương, chỉ khác ở phương pháp ướp và tỉ lệ muối. Thời gian chế biến trung bình từ 75 90 ngày.
48. - Mắm tơm cua: Là thực phẩm lên men dạng bán rắn hay bột nhão (paste), sản xuất từ các loại tơm tép, con ruốc, ba khía, với tỉ lệ muối tùy loại nguyên liệu. - Mắm ruốc: Nĩi chung nguyên lí chế biến mắm ở các địa phương nước ta là giống nhau, chỉ khác vài chi tiết nhỏ ở kĩ thuật chế biến và nồng độ muối. Qua đĩ cĩ thể nhận ra nét đặc trưng của sản phẩm mỗi vùng. Mắm ruốc (con ruốc Acetes japonicus) được sản xuất ở 3 dạng : đặc, sệt, lỏng.
49. Các loại thực phẩm lên men cổ truyền khác a) Các loại dưa chua Các loại dưa chua làm từ rau quả tươi : dưa bắp cải, dưa cải, dưa giá, dưa rau muống, dưa hành, dưa cà pháo, cà muối, dưa chuột muối, dưa củ cải, vị chua được tạo ra do lên men lactic do nhiều loại VSV khác nhau như Bacterium brassicae acidi, B. brassicae fermentati, Lactobacillus cucumeris, L. pentoaceticus, Saccharomyces brassicae fermentati. Măng chua cũng do lên men lactic bởi các chủng : Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae, Lactobacillus brevis, L. buchneri, L. fermentum, L. plantarum, L. pentosus.
50. b) Các sản phẩm lên men từ sữa : sữa chua và phơ-mai Vị chua của các loại sữa chua được tạo ra nhờ sự lên men lactic của các vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus như Lactobacillus casei, L. plantarum, L. delbrueckii ssp. bulgaricus, L. helveticus, Streptococcus thermophilus, Sản xuất phát triển ở quy mơ cơng nghiệp. Trong sản xuất phơ-mai, protein casein của sữa được lên men bằng vi khuẩn lactic hay nấm mốc.
51. c) Các sản phẩm lên men từ đậu nành Ở nước ta, 2 loại sản phẩm chủ yếu là tương và chao. Sự lên men chủ yếu do các chủng nấm mốc như Aspergillus oryzae, Mucor, Các protease nấm mốc phân huỷ các protein đậu nành tạo sản phẩm dễ tiêu và có hương vị đặc trưng. Tương và nước tương đậu nành: Sự thuỷ giải các protein đậu nành bởi các protease nấm mốc trong điều kiện muối mặn. Sự lên men lactic và chuyển hoá các cơ chất khác do VSV tạo ra hương vị đặc trưng. Các chủng VSV tham gia là Aspergillus oryzae, Aspergillus soyae, Lactobacillus delbruckii, Penicillium sp., Mucor sp.
52. d) Các sản phẩm từ thịt Nem chua là hỗn hợp thịt heo tươi trộn đường được gĩi trong lá và diễn ra sự lên men lactic tạo vị chua. Trong quá trình ủ chua, các protease VSV thuỷ giải một phần protein. Các chủng VSV tham gia là Lactobactecillus, Streptococcus lactic, CNSH can thiệp vào các loại thực phẩm này theo hướng: – Xây dựng cơ sở khoa học : Chọn lọc các chủng VSV chủ yếu, xác định điều kiện lên men tối ưu để thu sản phẩm tốt hơn, hạn chế thất bại. – Cơng nghiệp hố sản xuất : Nhiều loại đang được sản xuất cơng nghiệp như bia, số khác cần tiến tới sản xuất cơng nghiệp để đảm bảo an tồn thực phẩm.
53. Các sản phẩm mới của cơng nghệ thực phẩm Ngồi nhiều sản phẩm mới cho CN thực phẩm như các chất tăng vị (bột ngọt MSG, các nucleotide), các chất phụ gia (chất tạo gel, chất tạo nhũ tương, ), sirop giàu fructose ; cần kể đến các chất ngọt thay đường khác và thực phẩm chức năng. a) Các chất ngọt ít năng lượng thay đường Nhiều protein cĩ độ ngọt cao gấp trăm nghìn lần đường thường khi so cùng khối lượng.
54. Tên protein Nguồn thực vật Độ ngọt so Số amino cùng lượng acid đường Thaumatin Thaumatococcus 3.000 lần 207 danielli Benth Monellin Dioscoreophyllum 3.000 lần 45 mạch cumminsii Diels A + 45 mạch B Mabinlin Capparis masakai Levl 100 lần 33A + 72B Brazzein Pentadiplandra 2.000 lần 54 brazzeeana Baillon Curculin Curculingo latifolia 550 lần 114
55. b) Các thực phẩm chức năng hay khỏe mạnh Các thực phẩm chức năng hay khỏe mạnh (Functional or health foods) được định nghĩa là các thực phẩm hay thành phần của chúng mang lại lợi ích cho sức khỏe ngoài giá trị dinh dưỡng căn bản. Chúng bao gồm các thực phẩm truyền thống; các chất tăng lực (fortified), giàu dinh dưỡng (enriched) hay tăng cường (enhanced); và các thức ăn kiêng (dietary). Thực phẩm chức năng đảm bảo đủ lượng dinh dưỡng căn bản cho sự tăng trưởng và phát triển bình thường đồng thời góp phần có lợi cho sức khỏe hoặc các hiệu ứng sinh lí mong muốn.
56. II. Lịch sử phát triển và triển vọng
57. Jokichi Takamine (1854-1922) Ngƣời cha Nhật Bản của Cơng nghệ sinh học Hoa Kỳ, cha đẻ Adrénaline, khám phá Aspergillus oryzae. Mốc màu hoa cau mà nhân dân ta thƣờng dùng để làm tƣơng là một lồi nấm sợi cĩ tên khoa học là Aspergillus oryzae. Đây cũng chính là lồi mà ngƣời Nhật dùng để đƣờng hĩa gạo khi làm rƣợu Sake. Ngƣời nghiên cứu sớm nhất về lồi nấm này là một nhà khoa học Nhật Bản tên là Jokichi Takamine. Ơng sinh ngày 3-10-1854 tại Takaoka nhƣng sớm đƣợc chuyển đến sống ở Kanazawa. Từ nhỏ Jokichi đã học giỏi các mơn Ngơn ngữ và Khoa học. Năm 16 tuổi ơng vào học Trƣờng trung học y tế ở Osaka. Hai năm sau Jokichi chuyển lên học Hĩa học ở Đại học Khoa học và Cơng nghệ Tokyo. Năm 24 tuổi Jokichi đƣợc gửi sang Scotland để làm nghiên cứu sinh tại Đại học Glasgow.
58.  Trở về Nhật Bản ơng đƣợc cử làm Chủ nhiệm Văn phịng cấp Bằng sáng chế và Nhãn hiệu hàng hĩa.  Takamine chuyển hƣớng chú ý sang cơng nghệ sản xuất cồn-rƣợu. Thời đĩ để đƣờng hĩa tinh bột lúa mỳ và ngơ ở phƣơng Tây ngƣời ta dùng mầm đại mạch (malt), trong khi đĩ ở Nhật lại dùng loại nấm sợi mà ta gọi là mốc tƣơng. Loại mốc này ở Nhật gọi là Koji. Hoạt tính men (enzyme) trong Koji cao hơn nhiều so với trong mầm đại mạch. Với sự ủng hộ của Cơng ty Liên hiệp Whiskey (Whiskey Trust),Takamine đã đƣa cơng nghệ dùng Koji vào các nhà máy sản xuất rƣợu Whisky và bia ở Chicago và Peoria (bang Illinois). Hoạt tính của Koji làm cho quá trình đƣờng hĩa rút ngắn lại và giá thành rẻ hơn rõ rệt.
59.  Năm 1894 ơng lấy đƣợc bằng sáng chế về quá trình sản xuất men đƣờng hĩa (Proces of making diastatic enzyme). Sau đĩ Takamine đã chứng minh đƣợc men này cĩ thể ứng dụng trong y học và ơng nhận đƣợc Bằng sở hữu trí tuệ về men của ơng do Parke, Davis & Cơng ty (ở Ditroit, Michigan) sản xuất với tên gọi là men Taka-diastase.  Cơng nghệ sinh học mở đầu bằng thành cơng của Takamine trong việc sản xuất ra enzyme Taka-diastase và vì thành cơng này thực hiện ở Hoa Kỳ cho nên Takamine đã đƣợc tơn vinh là Ngƣời cha Nhật Bản của Cơng nghệ sinh học Hoa Kỳ (Japanese father of American biotechnology).
60. Một vấn đề rất quan trọng và liên quan mật thiết với nghề làm tƣơng theo phƣơng pháp cổ truyền ở Việt Nam là khơng thể tiếp tục làm tƣơng theo phƣơng pháp để lên mốc tự nhiên. Khi đĩ bào tử mốc là lấy từ thiên nhiên và nơi nào làm mốc ngon thì ngƣời ta khơng rửa nong để mẻ sau tiếp tục cĩ mốc đĩ phát triển. Điều quan trọng là cĩ đảm an tồn cho sức khỏe con ngƣời hay khơng. Vấn đề đƣợc đặt ra là hai lồi khơng độc Aspergillus oryzae và Aspergillus sojae về hình thái, màu sắc, cấu tạo hiển vi rất khĩ phân biệt với hai lồi rất nguy hiểm khác là Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus. Hai lồi sau cĩ thể sinh ra loại độc tố gây ung thƣ cĩ tên gọi là Aflatoxin. Hiện đã biết 16 loại Aflatoxin khác nhau và độc nhất là các loại Aflatoxin B1,G1, B2, G2.
61.  Đã đến lúc cần giải thích rộng rãi và kiểm sốt chặt chẽ các cơ sở làm tƣơng. Khơng đƣợc tiếp tục lên men tự nhiên mà phải sử dụng phƣơng pháp cổ truyền cĩ cải tiến- ở khâu cấy bào tử từ giống thuần khiết của Aspergillus oryzae hay Aspergillus sojae. Bào tử các nấm này đƣợc đĩng sẵn trong các bao nhỏ và đƣợc cung cấp với giá khơng đáng kể. Chỉ cần lấy giống một vài lần sau đĩ cấy truyền sang các mẻ khác. Kinh nghiệm cho thấy với các chủng thuần khiết đã đƣợc lựa chọn khơng chỉ tuyệt đối an tồn mà cịn làm cho tƣơng cĩ chất lƣợng tốt ổn định.
62. Độc tố Aflatoxin B1 Aspergillus flavus
63.  Hiện vẫn cịn cĩ 800 – 850 triệu người bị suy dinh dưỡng, trong đĩ cĩ hơn 200 triệu trẻ em, và rất nhiều trẻ trong số này sẽ khơng bao giờ phát triển đầy đủ những năng lực trí tuệ và thể chất của mình. Ngồi ra, 1 đến 1,5 tỉ người thường khơng cĩ được những bữa ăn cân đối với lượng chất dinh dưỡng theo yêu cầu.  Một mặt CNSH phải giải quyết nạn đĩi, mặt khác làm giảm số người béo phì đang gia tăng trên thế giới (khoảng 300 triệu năm 1995), đến mức ở Mĩ mới đây đã chính thức coi là một bệnh. CNSH phải đối đầu với hai thái cực : gia tăng lương thực thực phẩm để khắùc phục nạn đĩi ; đồng thời tạo các chế phẩm mới thay thế thức ăn truyền thống như các chất ngọt thay đường để ăn khơng tích mỡ, lipid ăn khơng làm béo,
64. Ngồi ra, CNSH phải thỏa mãn yêu cầu ngày càng cao hơn đối với thực phẩm : khơng những an tồn tồn cho người tiêu dùng hiện nay, mà cho cả thế hệ con cháu mai sau. Sinh học thế kỉ XX đã đặt bệ phĩng vững chắc và nâng lên tầm cao mới cho sự phát triển Sinh học và Cơng nghệ Sinh học trong thế kỉ XXI. Kể từ thuở hoang sơ, khi con người cịn thu nhặt hái lượm, chưa bao giờ con người hiểu biết về cơ thể mình sâu sắc như hiện nay, chưa bao giờ con người cĩ quyền lực ghê gớm như hiện nay trong cải biến thiên nhiên phục vụ cho mình. Cơng nghệ Sinh học trong thế kỉ XXI sẽ gĩp phần tích cực khắc phục những thách thức nêu trên và đĩ cũng là một tất yếu lịch sử của sự phát triển KHCN của nhân loại.