Bài giảng chương 2 công nghệ sinh học trong tạo nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm

CHƢƠNG II:
CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG
TẠO NGUỒN NGUYÊN LIỆU
CHO CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Thực vật
Động vật
TNSH

Vi sinh vật
Các nguồn khác
1. Tài nguyên sinh học
1.1 Phân loại thực phẩm theo tài nguyên sinh học
TÀI NGUYÊN ĐỘNG VẬT ĐẶC TRƢNG DINH DƢỠNG
Động vật Có hàm lƣợng cao các protein chất lƣợng tốt
Trứng Cholesterol trong lòng đỏ cao
Các sản phẩm từ sữa Chất béo bảo hoà cao
Calcium cao (trừ bơ)
Lactose (một số cá nhân không hấp thu đƣợc đƣờng
này)
Cá nƣớc ngọt
Cá biển
Cá nƣớc ngọt ít Na hơn cá biển. Nhiều acid béo thiết
yếu.
Nghêu, sò, hến Cung cấp cholesterol với mức độ tƣơng tự nhƣ cá,
nhƣng cho nhiều acid béo thiết yếu hơn.
Nhiều nguyên tố vi lƣợng, nhƣng đôi khi nhiễm kim
loại nặng.
Động vật giáp xác (ví dụ: tôm sú, tôm
hùm)
Nhiều cholesterol hơn cá, nhiều acid béo thiết yếu.

Động vật ăn cỏ Hàm lƣợng sắt cao.
Hàm lƣợng chất béo bảo hoà cao.
Động vật dạ dày đơn, đã đƣợc thuần
hoá (vd: heo)
Chất béo nhiều hơn động vật ăn cỏ.
Động vật dạ dày đơn, chƣa đƣợc thuần
hoá (vd: Kangaroo, thỏ)
Chất béo nhiều hơn động vật ăn cỏ.
Gia cầm (thuộc giống chim) Thƣờng ít chất béo.
Thịt từ các cơ quan động vật:
Gan Là nguồn tài nguyên tốt về vitamin và đa số
nguyên tố.

Hàm lƣợng cholesterol cao.
Hàm lƣợng acid amin cao.
Óc Hàm lƣợng cholesterol cao.
Các cơ quan khác (thận, tim, ruột) Hàm lƣợng cholesterol cao.
TÀI NGUYÊN THỰC VẬT
Thực vật nói chung Đều có chứa các sợi ăn đƣợc, chứa Ca nhiều
hơn Na.
Rau quả:
Củ (cà rốt, khoai tây, khoai lang…) Hàm lƣợng tinh bột cao.
Hàm lƣợng vitamin C vừa phải và hàm lƣợng
vitamin A cao trong các loại có màu vàng
cam.
Lá xanh Carotene, vitamin K cao.
Họ bầu, bí Carotene cao (nếu có màu vàng cam)
Hoa Hàm lƣợng vit C cao.
Thân (vd: cần tây, hành) Cung cấp năng lƣợng thấp.
Cà chua Năng lƣợng thấp và hàm lƣợng vit C vừa

phải.
Ớt Năng lƣợng thấp, vit C cao.
Các loại đậu Hàm lƣợng tinh bột cao.
Số lƣợng protein vừa phải nhƣng thiếu
protein thiết yếu là methionin.
Ngũ cốc và hạt Chứa các sợi ăn đƣợc giàu pentosan là
chất có vai trò chủ yếu trong chức
năng của ruột.
Hàm lƣợng tinh bột cao.
Hàm lƣợng protein vừa phải nhƣng thiếu
protein thiết yếu là lysin.
Bắp Thiếu 2 amino acid thiết yếu (lysin và
tryptophan) và vitamin nhóm B
(niacin).
Trái cây:
Họ cam chanh Giàu pectin, có đặc điểm làm keo tụ.
Hàm lƣợng vit C cao và folacin vừa phải.
Quả cứng (mận, đào, mơ…) Hàm lƣợng caratene vừa phải, vit C thấp.
Lê và táo Thành phần chủ yếu là nƣớc, crbonhydrate
và sợi, ít vit. và chất khoáng.
Quả nhiệt đới (xoài) Hàm lƣợng carotene, vit. C cao, giàu pectin.
Quả mọng (dâu) Vit. C cao.
Hạt (đậu, cà phê) Năng lƣợng cao, nhiều loại acid béo với hàm
lƣợng cao, hàm lƣợng protein vừa phải.
CÁC CHẤT NGỌT
Các chất tạo ra đƣờng Cung cấp năng lƣợng cao, dinh dƣỡng thấp.
VI SINH VẬT
Vi sinh vật đất Tạo ra vit 8-12; ngƣời ăn chay thƣờng thiếu
các vitamin này.
Nấm men Tạo ra nhiều loại vitamin và các nguyên tố vi

lƣợng, hàm lƣợng acid nucleic cao.
Nƣớc uống lên men Hàm lƣợng dinh dƣỡng tuỳ thuộc vào nguồn
carbohydrate dùng trong quá trình chế
biến; có độ rƣợu.
Thực phẩm lên men Hàm lƣợng amino acid cao, Na có thể cao.
CÔN TRÙNG
Phần thân thể côn trùng Hàm lƣợng protein cao.
Mật ong Hàm lƣợng đƣờng đơn cao.
NƢỚC
Nƣớc Không cung cấp năng lƣợng, hàm lƣợng
nguyên tố khoáng thay đổi.
ĐẤT
Thƣờng là do nhiễm bẩn thức ăn Có nhiều nguyên tố và vi sinh vật.
1.2 Các chất phụ gia thực phẩm
• Phụ gia thực phẩm là những cơ chất đƣợc thêm vào
với mục đích cải thiện vẻ ngoài cho bắt mắt hơn, vị
ngon, kết cấu, quá trình chế biến hay thời gian dự
trữ thực phẩm. Trong đa số quốc gia, việc dùng
chất phụ gia thực phẩm đƣợc chi phối bởi nhiều
quy định. Chỉ những chất phụ gia đƣợc phép mới
đƣợc dùng và tiếp theo là loại phụ gia nào đƣợc
dùng cho loại thực phẩm nào với nồng độ tối đa
đƣợc xác định.
• Trƣớc khi một chất phụ gia đƣợc chứng nhận là
đƣợc dùng cho thực phẩm thì nó phải đƣợc xác
nhận là an toàn và phải không có sản phẩm tƣơng
tự đƣợc sản xuất mà không cần dùng chất phụ gia
đó.
• Khi phụ gia thực phẩm đƣợc dùng, trên nhãn hiệu
hàng hoá phải ghi rõ điều này bằng tên hoá học hay

tên của lớp. Trong đa số trƣờng hợp, tên lớp mô tả
chức năng của phụ gia trong thực phẩm.

PHÂN LOẠI PHỤ GIA THỰC PHẨM
Anti-caking agents
Antioxidants
Artificial sweetening
substances
Bleaching (tẩy trắng) agents
Colours
Emulsifiers
Enzymes
Flavours
Flour treatment agents
Food acids
Flavour enhancers
Humectants (chất làm ẩm)
Minerals
Mineral salts
Preservatives
Propellants (Tác nhân đẩy)
Thickeners (Chất làm đặc)
Vegetable gums
Vitamins
SỬ DỤNG CHẤT PHỤ GIA THỰC PHẨM

NHÓM PHỤ GIA VÀ CHỨC NĂNG
THỰC PHẨM CÓ THỂ CHỨA
CHẤT PHỤ GIA
Tác nhân chống vón cục

(e.g. sodium alumino silicate).
Added to finely powdered and
crystalline foods to prevent lumping.
Salt, milk powder in drink-
dispensing machines.
Chất chống oxy hoá
(e.g. butylated hydroxyanisole).
Preservatives to retard development
of rancidity and discolouration.
Edible oils and fats, margarine,
'instant' potato, dehydrated
vegetables.
Tác nhân tẩy trắng
(e.g. chlorine dioxide).
Added to flour to lighten its colour
and improve bread-making.
Flours, bread.
NHÓM PHỤ GIA VÀ CHỨC NĂNG THỰC PHẨM CÓ THỂ CHỨA
CHẤT PHỤ GIA
Màu
(e.g. tartrazine).
To improve appearance and reinforce
flavour.
Pastry products, cake, cheese,
confectionery, cordials, dessert mixes,
flavoured milk, fruit-flavoured drinks,
spreads and fillings, fruit yoghurt, ice
cream, icing mixture, jams, jellies,
margarine, pickles, sauces, soft drinks.
Chất tạo nhũ, chất làm đặc

(e.g. glyceryl monostearate).
To improve consistency, impart body
and stabilize air/oil/water mixtures.
Biscuits, bread, cake, canned meats,
confectionery, thickened cream, instant
potato, dessert mixes, flavoured milk,
fruit drinks, fruit yoghurt, ice cream,
imitation cream, margarine, mayonnaise,
peanut butter, salad dressings, soups.
Chất tạo hƣơng vị và tăng cƣờng
hƣơng vị
(e.g vanillin).
To impart taste and/or aroma to food
Pastry products, cheese, chocolate,
confectionery, cordials, dessert mixes,
flavoured milk, ice cream, imitation
cream, jellies, manufactured meats, soft
drinks, margarine, pickles.
The most widely used flavour enhancer,
MSG (monosodium glutamate) is used
in prepared meat/fish dishes, packet
soups and many canned foods.
NHÓM PHỤ GIA VÀ CHỨC NĂNG THỰC PHẨM CÓ THỂ CHỨA
CHẤT PHỤ GIA
Acid thực phẩm
(e.g. citric acid)
Give sour or tart taste, aid
preservation
Pastry products, cake, cheese, cider,
confectionery, jellies, cordials,

desserts, pickles, fruit drinks, jams,
modify other flavours, sauces,
mayonnaise, salad dressings,
soft drinks, soups, spreads.
Chất tạo ẩm
(e.g. glycerol)
Help to retain a soft consistency
during storage.
Pastry products, cake, confectionery,
fruit spreads and fillings, almond
icing, sweetened coconut.
Chất bảo quản
(e.g. benzoic acid)
Prevent the growth of moulds,
yeasts and bacteria.
Pastry products, bread, canned fruit,
canned meat products, cheese,
cordials, cured meat,'instant' potato,
flour, fruit drinks, fruit salad,
pickles, sausages, soft drinks, tomato
juice.
2. Những vấn đề về nguyên liệu
cho chế biến thực phẩm

2.1 Những ứng dụng của công nghệ sinh học
trong quá trình chế biến thực phẩm

Công nghệ sinh học bao gồm nhiều kỹ thuật có thể
đƣợc ứng dụng vào lĩnh vực thực phẩm và nông
nghiệp. Những kỹ thuật đó bao gồm: biến đổi gen,

chuyển gen, chuyển phôi, tạo các dạng tam bội…Nó
cũng bao gồm cả những kỹ thuật dùng để thu hái
nguyên liệu thô từ mùa vụ, từ đánh bắt hải sản và từ
vật nuôi. Điều này đƣợc quan tâm vì nó rất quan
trọng đối với việc an toàn thực phẩm.
- Mục tiêu của công nghệ sinh học thực phẩm là chọn
lọc và cải tiến chủng vi sinh vật nhằm có thể điều
khiển quá trình, nâng cao sản lƣợng, chất lƣợng, an
toàn và ổn định sản phẩm. Vi sinh vật dùng trong
CNSH TP gồm cả vi khuẩn, nấm men và nấm mốc.

- Lên men là quá trình chuyển hoá sinh học
những chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hay
enzyme vi sinh vật, thực vật hay động vật.
Lên men là dạng được dùng lâu đời nhất để
bảo quản thực phẩm. Những thực phẩm lên
men như phô mai, rượu vang, bánh mì…đã
được tiêu thụ hàng ngàn năm nay và có liên
quan đến văn hoá và truyền thống của các
quốc gia dân tộc. Ước tính thực phẩm lên
men chiếm 1/3 trong thực phẩm toàn cầu.

Lên men được ứng dụng rộng rãi trong việc bảo
quản các chất liệu từ nông nghiệp (ngũ cốc, rễ, củ,
rau quả, sữa, thịt, cá…). Nhiều sản phẩm đã được
đưa ra thị trường và chiếm thị phần lớn như phô
mai, yogurt, sữa lên men, nước tương… Ở các
nước phát triển, thực phẩm lên men được đông
đảo người tiêu dùng chấp nhận vì tính an toàn của
nó do quá trình lên men được điều khiển nghiêm

nhặt. Trong khi đó, một số quá trình lên men
truyền thống lại không được kiểm soát và phụ
thuộc vào vi sinh vật từ môi trường cũng như cơ
chất dùng cho lên men. Những quá trình như thế
dẫn đến sản lượng thấp và chất lượng không ổn
định.

2. 2 Hiện trạng của công nghệ sinh học thực phẩm

2.2.1 Công nghệ sinh học dùng trong thực phẩm lên men:

• Vi sinh vật là yếu tố trung tâm của hệ thống quá trình
trong sự sản xuất thực phẩm lên men. Các chủng VSV có
thể được cải tiến về mặt di truyền bằng cả phương pháp
truyền thống cũng như các kỹ thuật hiện đại. Những tính
chất được quan tâm trong quá trình cải tiến chủng VSV là
nâng cao chất lượng về mùi, hương, vẽ ngoài, kết cấu, tính
ổn định, kháng vi rút, khả năng tạo kháng sinh để ức chế
những VSV không mong muốn. Trong nhiều nước phát
triển, nghiên cứu còn tập trung vào khả năng phân giải
hoặc bất hoạt các chất độc tự nhiên (vd: cyanogenic
glucosides trong cây sắn), độc chất của nấm trong lên men
ngũ cốc).

• Các phƣơng pháp truyền thống: gây đột biến
gen, tiếp hợp (dùng cho vi khuẩn), phƣơng
pháp lai dùng trong nấm men đƣợc ứng
dụng rộng rãi trong công nghệ bia và bánh
mì.
a) Gây đột biến gen

Dùng các hoá chất gây đột biến hoặc tia UV để
tạo ra những thay đổi trong bộ gen. Các
chủng đột biến nhƣ thế sẽ tiếp tục đƣợc
chọn lọc dựa trên những tính chất cơ bản
nhƣ khả năng tạo màu hay kháng vi rút. Tuy
nhiên, những đột biến này lại thƣờng có
những biểu hiện không mong muốn có thể
ảnh hƣởng đến quá trình lên men.

b) Sự tiếp hợp
Đây là quá trình mà chất liệu di truyền đƣợc
chuyển đến những loài VSV gần gũi do sự
tiếp xúc lý học giữa thể cho và thể nhận. Sự
trao đổi gen tiếp hợp cho phép chuyển cả
gen nhiễm sắc thể và gen nằm trên plasmid.
c) Sự lai
Sự sinh sản hữu tính trong nấm men dẫn đến
sự tái tổ hợp gen, nhờ đó có sự cải tiến
giống trong nấm men. Ví dụ, sự giao phối
giữa những chủng nấm men đơn bội có đặc
diểm tách khí tốt với nấm men có đặc tính
làm khô tốt sinh ra chủng mới tập hợp đƣợc
cả hai đặc điểm trên.

• Phƣơng pháp phân tử
a) Biến đổi gen
Phƣơng pháp DNA tái tổ hợp đƣợc dùng trong biến
đổi gen ở vi khuẩn, nấm men và nấm mốc để biểu
hiện đƣợc những gen mong muốn, che dấu những
gen. Những ứng dụng thành công trong biến đổi gen

dùng cho CNSH thực phẩm đòi hỏi sự phát triển và
sử dụng các vector dùng cho thực phẩm tức là
những plasmid không chứa những gen kháng kháng
sinh nhƣ là các gen đánh dấu gồm các trình tự DNA
từ các VSV đƣợc xác định là an toàn.
Nấm men biến đổi gen ứng dụng trong làm bánh mì và
bia đã đƣợc chấp nhận cho sử dụng đã cho thấy
sử dụng tốt hơn nguồn carbon hydrat. Tuy nhiên
không có chủng nào đƣợc thƣơng mại hoá.

b) Sự đặc trƣng hoá di truyền
• Sự đặc trƣng di truyền của những chủng
VSV thông qua việc dùng những kỹ thuật
chẩn đoán phân tử có thể đóng góp nhiều
cho sự hiểu biết về quá trình lên men. Những
chẩn đoán phân tử cung cấp những công cụ
hữu ích cho việc khám phá, nhận dạng và
đặc trƣng hoá các chủng VSV dùng cho cải
tiến quá trình lên men. Những hểu biết đó
bao gồm những tƣơng tác sinh thái của
những chủng VSV, vai trò của chúng, sự
cạnh tranh trong quá trình lên men để dẫn
đến sản phẩm cuối cùng có chất lƣợng cao.

c) Liên quan đến bộ gen
• Trong những năm gần đây, trình tự bộ
gen của nhiều VSV liên quan đến thực
phẩm đã đƣợc giải mã, ví dụ nhƣ
Saccharomyces cerevisiae-1996…

2.2.2 Công nghệ sinh học trong việc sản xuất enzyme

• Enzymes là chất xúc tác sinh học giúp cho
các phản ứng chuyển hoá tiến hành nhanh
và thuận lợi. Đó là những protein và đòi hỏi
cơ chất chuyên biệt để hoạt động. Điều kiện
xúc tác của chúng nằm trong giới hạn hẹp
(nhiệt độ, pH…). Đa số enzyme bị biến tính ở
trên 42°C. Tuy nhiên các enzyme vi khuẩn có
giới hạn nhiệt độ rộng hơn.
• Sản xuất công nghiệp enzyme từ VSV liên
quan đến việc nuôi cấy VSV trong các bồn
lên men. VSV sẽ tiết enzyme vào môi trƣờng
nuôi cấy nhƣ là chất chuyển hoá của hoạt
động vi sinh. Sau đó enzyme đƣợc chiết tách
ra khỏi môi trƣờng, tinh chế và dùng cho
nhiều quá trình chế biến.

2.2.3 Công nghệ sinh học trong việc sản xuất các
thành phần thực phẩm

Các tác nhân tạo mùi, các acid hữu cơ, phụ gia thực phẩm
và các amino acid là các chất chuyển hoá của vi sinh vật
trong quá trình lên men. Quá trình lên men vi sinh vật do
đó đã đƣợc ứng dụng trong thƣơng mại để sản xuất ra
những thành phần của thực phẩm. Kỹ thuật chuyển hoá,
một phƣơng pháp mới liên quan con đƣờng chuyển hoá
theo mục tiêu của VSV đƣợc nghiên cứu rộng rãi để cải
tiến năng suất và sản lƣợng các thành phần thực phẩm.
Các nghiên cứu này liên quan đến việc thay đổi hoạt

động ngoại bào dựa vào enzyme, chức năng vận chuyển
và điều hoà của tế bào nhờ kỹ thuật tái tổ hợp ADN và
các kỹ thuật di truyền khác.

2.2.4 Công nghệ sinh học trong chẩn đoán các
xét nghiệm thực phẩm

Nhiều phƣơng pháp vi sinh thực phẩm cổ điển
dùng trong quá khứ thì dựa vào quá trình nuôi
cấy VSV trên những đĩa thạch và khám phá
những đặc điểm sinh hoá. Những phƣơng pháp
này thƣờng chậm chạp và độ chính xác không
cao. Những chẩn đoán và nhận dạng dựa trên
gen khắc phục những nhƣợc điểm trên. Các
phƣơng pháp sinh học phân tử nhƣ
polymerase chain reaction (PCR), ribotyping
(xác định sự tƣơng đồng và khác nhau giữa vi
khuẩn ở mức độ loài và chủng), restriction
fragment length polymorphism (RFLP) phân tích
ribosomal ribonucleic acids (rRNA) genes …