Nghiên cứu ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất chế phẩm isoflavone dạng aglycone
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.57 MB, 55 trang )
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
---------------
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT CHẾ PHẨM ISOFLAVONE DẠNG AGLYCONE
Người hướng dẫn
: TS. TRƯƠNG HƯƠNG LAN
Sinh viên thực hiện
: LÊ THỊ LÝ
Lớp
: TP CNSH 11.03
HÀ NỘI – 2015
Khóa luận tốt nghiệp
Lời cảm ơn
Sau quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành thí nghiệm để hoàn thành
khóa luận này, trước tiên tôi xin cảm ơn sâu sắc tới TS. Trương Hương Lan, chủ
nhiệm bộ môn Thực phẩm và dinh dưỡng – Viện Công Nghiệp Thực Phẩm đã tận
tình hướng dẫn, cung cấp những thông tin quý giá và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi
hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin cảm ơn các cán bộ của Bộ môn Thực phẩm và dinh dưỡng –
Viện Công Nghiệp Thực Phẩm đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài.
Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo cùng tập thể cán
bộ, nhân viên khoa Công nghệ sinh học – Viện Đại học Mở Hà Nội đã dạy dỗ, chỉ
bảo tận tình trong quãng thời gian 4 năm học tại trường.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ, động viên của gia đình và
bạn bè đã dành cho tôi trong suốt quãng thời gian qua.
Hà Nội, ngày 21 tháng 5 năm 2015
Sinh Viên
Lê Thị Lý
Lê Thị Lý
Lớp: 11032
Khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
MỤC LỤC
KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
PHẦN I. TỔNG QUAN .......................................................................................... 3
1.1. Đậu tương .............................................................................................................................. 3
1.1.1. Giới thiệu về đậu tương .............................................................................................. 3
1.1.2. Các thành phần có giá trị dinh dưỡng trong đậu tương ................................... 4
1.1.2.1. Protein ................................................................................................ 4
1.1.2.2. Chất béo.............................................................................................. 5
1.1.2.3. Gluxit .................................................................................................. 6
1.1.2.4. Vitamin và khoáng chất ....................................................................... 6
1.2. Isoflavone trong đậu tương ............................................................................................... 8
1.2.1. Cấu trúc isoflavone ...................................................................................................... 8
1.2.1.1. Genistein ............................................................................................. 9
1.2.1.2. Daidzein............................................................................................ 10
1.2.2. Hàm lượng isoflavone trong thực phẩm từ đậu tương ..................................... 11
1.2.3. Lợi ích của isoflavone đối với sức khỏe ............................................................... 13
1.2.4. Tính an toàn của isoflavone trong đậu tương .................................................... 15
1.3. Sự chuyển hóa isoflavone từ glycoside sang aglycone trong đậu tương bằng
enzyme .......................................................................................................................................... 16
1.4. Một số thực phẩm giàu isoflavone trên thị trường Việt Nam và Thế Giới ........ 18
PHẦN II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ...................................... 20
2.1. Nguyên vật liệu .................................................................................................................. 20
Lê Thị Lý
Lớp: 11033
Khóa luận tốt nghiệp
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 20
2.2.1. Phương pháp công nghệ........................................................................................... 20
2.2.2. Phương pháp phân tích lý hóa................................................................................ 24
PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 31
3.1. Lựa chọn nguyên liệu đậu tương có hàm lượng isoflavone cao ........................... 31
3.2. Nghiên cứu chuyển hóa isoflavone từ dạng glycoside sang dạng aglycone
trong sữa đậu nành bằng enzyme........................................................................................... 32
3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn enzyme thích hợp để nâng cao hiệu suất chuyển hóa32
3.2.2. Nghiên cứu nồng độ enzyme tối ưu để nâng cao hiệu suất chuyển hóa ...... 33
3.2.3. Nghiên cứu pH tối ưu để nâng cao hiệu suất chuyển hóa............................... 34
3.2.4. Nghiên cứu nhiệt độ tối ưu để nâng cao hiệu suất chuyển hóa ..................... 36
3.2.5. Nghiên cứu thời gian tối ưu cho quá trình thủy phân sữa đậu tương bằng
chế phẩm enzyme Lactozym ................................................................................................ 36
3.3. Nghiên cứu thu nhận chế phẩm sữa bột đậu tương nảy mầm ................................ 38
3.3.1. Nghiên cứu xác định nhiệt độ đầu vào ................................................................. 38
3.3.2. Nghiên cứu xác định lưu lượng dòng nhập liệu................................................. 39
3.3.3. Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của áp suất khí nén ...................................... 41
PHẦN IV. KẾT LUẬN .......................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 46
Lê Thị Lý
Lớp: 11034
Khóa luận tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC KÝ KIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
Viết đầy đủ
DAD
Diode Array Detection
ER
Estrogen receptor - Thụ thể estrogen
FDA
Food and Frug Administratio - Cục Dược phẩm và Thực
phẩm Hoa Kỳ
GH
Glycoside hydrolase
HPLC
High Performance Liquid Chromatography - Sắc ký lỏng
hiệu năng cao
LDL-cholesterol
Low density lipoprotein cholesterol – Cholestero lliên kết
Lipoprotein có tỷ trọng thấp
O-DMA
O – desmethylangolensin
PSA
Prostate – Specific Antigen
SPI
Soybean protein isolate
Ρ-NPG
Ρ-nitrophenyl – β – D – glucopyranoside
6OAceGlc
6” – O – acetyl glycoside
6OmaGlc
6” – O – malonyl glycoside
SEMs
Selective estrogen receptor – chất điều biến đặc hiệu thụ thể
estrogen
Lê Thị Lý
Lớp: 11035
Khóa luận tốt nghiệp
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng trung bình của các chất có trong hạt đậu tương [3] ................ 4
Bảng 1.2. Thành phần và hàm lượng các axit amin trong hạt đậu tương .................. 5
Bảng 1.3. Hàm lượng axit béo không no trong hạt đậu tương [3] ............................. 6
Bảng 1.4. Thành phần các loại vitamin trong hạt đậu tương [3] ............................... 7
Bảng 1.5. Thành phần các chất khoáng trong hạt đậu tương [3] ............................... 7
Bảng 1.6. Hàm lượng sử dụng đậu tương trung bình ở một số nước ...................... 14
Bảng 1.7. Một số thực phẩm giàu isoflavone ......................................................... 19
Bảng 2.1. Điều kiện thủy phân sữa đậu tương của các ........................................... 22
Bảng 3.1. Hàm lượng isoflavone ở 9 giống đậu tương khác nhau .......................... 31
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Lactozym đến sự chuyển hóa isoflavone
từ dạng glycoside sang dạng aglycone ................................................................... 34
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến sự chuyển hóa isoflavone.................................. 35
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển hóa isoflavone từ dạng glycoside
sang dạng aglycone nhờ enzyme Lactozym ........................................................... 36
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến sự chuyển hóa isoflavone từ dạng glycoside
sang dạng aglycone nhờ enzyme Latozym ............................................................. 37
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào đến hiệu suất thu hồi và giá
trị cảm quan của sản phẩm..................................................................................... 38
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng nhập liệu đến........................................ 40
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến ....................................................... 41
hiệu suất thu hồi và giá trị cảm quan của sản phẩm ................................................ 41
Bảng 3.9. Thành phần dinh dưỡng và tính chất cảm quan của ................................ 43
Lê Thị Lý
Lớp: 11036
Khóa luận tốt nghiệp
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cây và hạt đậu tương ............................................................................... 3
Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của các aglycone ........................................................... 8
Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của các glycoside .......................................................... 9
Hình 1.4. Cấu trúc hóa học của genistein ................................................................. 9
Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của daidzein ................................................................ 10
Hình 1.6. Cấu trúc hóa học của glycitein ............................................................... 11
Hình 1.7. Một số thực phẩm chế biến từ đậu tương................................................ 12
Hình 1.8. Sự thủy phân các isoflavone bằng enzyme β-glucosidase ....................... 17
Hình 2.1. Quy trình chuẩn bị sữa đậu tương .......................................................... 21
Hình 3.1. Hiệu suất chuyển hóa isoflavone từ dạng glycoside sang dạng aglycone 33
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào đến ..................................... 39
hàm lượng isoflavone trong sản phẩm ................................................................... 39
Hình 3.3. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng nhập liệu đến ........................................ 41
Hình 3.4. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến ........................................................ 42
hàm lượng isoflavone trong sản phẩm ................................................................... 42
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình sản xuất bột đậu tương nảy mầm ................................... 44
Lê Thị Lý
Lớp: 11037
Khóa luận tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
Hiện nay, đậu tương đã trở thành nguồn thực phẩm không thể thiếu của con
người. Ở nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng các thực phẩm chế biến từ đậu
tương hàng ngày đang được khuyễn khích vì những lợi ích sức khỏe của nó đối với
con người. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy một số tác dụng của đậu tương trong
việc giảm cholesterol trong máu, tức giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh liên quan
đến tim mạch [11], chúng cũng ngăn cản sự phát triển các mầm ung thư [4], ngăn
ngừa bệnh thận, bệnh tiểu đường, bệnh xốp xương [5] và các triệu chứng rối loạn
tiền mãn kinh [1] … Những tác dụng này của đậu tương có được là nhờ thành phần
isoflavone có hoạt tính tương tự nội tiết tố estrogen.
Isoflavone trong đậu tương tồn tại ở hai dạng chính là glycoside và aglycone
. Theo các nghiên cứu đã được thực hiện, các nhà khoa học khẳng định trong hạt
đậu tương các aglycone chỉ chiếm một lượng nhỏ, hợp chất chính là các dẫn xuất
của glycoside [13] (chiếm trên 90%). Nhưng aglycone lại là những phytroestrogen
có hoạt tính sinh học cao, được cơ thể hấp thu nhanh hơn, với lượng lớn hơn rất
nhiều so với dạng glycoside. Mặc dù, các isoflavone dạng glycoside cũng được thủy
phân một phần thành aglycone bởi nước bọt và sau đó là vi sinh vật đường ruột
nhưng hiệu suất chuyển hóa thấp. Các sản phẩm đậu tương truyền thống như miso,
natto (Nhật Bản), Thuanao (Thái Lan), Chungnkookjang (Hàn Quốc), tempeh
(Indonesia) … có hàm lượng aglycone cao hơn đáng kể so với các sản phẩm đậu
tương không lên men. Nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng sự chuyển hóa
isoflavone dạng glycoside sang dạng aglycone nhờ quá trình nảy mầm đậu tương
[22], thủy phân đậu tương bằng enzyme thương mại [15, 23] và quá trình lên men
với vi sinh vật [7, 16, 26]. Trong những nghiên cứu này, enzyme β-glucosidase
được coi là enzyme chìa khóa, chịu trách nhiệm cho quá trình chuyển hóa
isoflavone từ dạng glycoside sang dạng aglycone.
Xuất phát từ mục đích xây dựng được quy trình công nghệ ứng dụng enyme
để nâng cao hiệu suất chuyển hóa từ isoflavone dạng glycoside sang isoflavone
dạng aglycone giúp cơ thể con người hấp thu một cách tốt hơn và đạt được hiệu quả
Lê Thị Lý
1
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
cao hơn trong việc ngăn ngừa một số bệnh, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài
“Nghiên cứu ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất chế phẩm isoflavone
dạng aglycone”. Nội dung nghiên cứu gồm:
- Nghiên cứu nâng cao hiệu suất chuyển hóa isoflavone đậu tương từ dạng
glycoside sang dạng aglycone bằng chế phẩm enzyme β-glucosidase thương mại.
- Nghiên cứu các điều kiện tối ưu để thu nhận chế phẩm sữa bột giàu
isoflavone dạng aglycone.
Lê Thị Lý
2
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
PHẦN I. TỔNG QUAN
1.1. Đậu tương
1.1.1. Giới thiệu về đậu tương
Đậu tương hay đỗ tương hay đậu nành có tên khoa học là Glycine max (L)
Merrill, thuộc bộ Đậu (Fabales), phân họ cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae). Đậu
tương là cây thân thảo, thân cây mảnh, có lông, cao từ 0,8 - 0,9 m, cành hướng lên
trên. Lá mọc cách lá có ba lá chét hình trái xoan, đầu gần nhọn, có lông, hơi không
đều ở gốc. Hoa có hai loại là màu trắng và màu tím, xếp thành chùm ở nách. Quả
thõng, hình lưỡi liềm, gân bị ép, trên quả có nhiều lông mềm, tập trung ở giữa các
hạt. Hạt đậu tương màu vàng là tốt nhất nên được trồng và sử dụng nhiều nhất [1].
Hình 1.1. Cây và hạt đậu tương
Đậu tương có nguồn gốc từ Trung Quốc cách đây khoảng 4.000 - 5.000 năm
rồi được du nhập sang Nhật Bản vào thế kỉ thứ 8 và dần có mặt ở các nước Châu Á
khác. Đầu thế kỷ 18, đậu tương được đưa sang Châu Âu, rồi du nhập vào Châu Mỹ.
Ngày nay, đậu tương trở lên phổ biến trên toàn thế giới và thu hút sự quan tâm đặc
biệt của nhiều nhà nghiên cứu nhờ vào giá trị dinh dưỡng cũng như hoạt tính sinh
học của chúng đối với sức khỏe con người. Hoa Kỳ đang đứng đầu thế giới về sản
lượng đậu tương, sau đó đến Trung Quốc và Ấn Độ. Tại Việt Nam, đậu tương đang
được trồng tại 25 trong số 63 tỉnh thành cả nước, với khoảng 65% diện tích tại các
khu vực phía Bắc và 35% tại các khu vực phía Nam [1]
Lê Thị Lý
3
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
1.1.2. Các thành phần có giá trị dinh dưỡng trong đậu tương
Đậu tương là một loại hạt giàu protein, gluxit, lipid, muối khoáng và vitamin.
Đậu tương cũng là loại hạt duy nhất mà giá trị của nó được đánh giá đồng thời ở cả
protit và lipid.
Bảng 1.1. Hàm lượng trung bình của các chất có trong hạt đậu tương [3]
Thành phần
Hàm lượng (%)
Độ ẩm
8,0
Tro (khoáng)
4,6
Protein
40
Lipid
20
Chất xơ
3,5
Các hợp chất pentosan
4,4
Chất đường
7,0
Chất bột
5,6
Các hợp chất khác
7,1
1.1.2.1. Protein
Trong đậu tương, protein chiếm tỉ lệ cao, khoảng 40% tính theo trọng lượng
chất khô. Tùy theo giống và mùa vụ, hàm lượng protein trong đậu tương ở nước ta
dao động từ khoảng 31,0 - 41,7%. Lượng Protein tan trong nước chiếm khoảng 72 94%, trong đó glixinin chiếm khoảng 84%, albumin khoảng 5,4% và hợp chất
không phải nitơ chiếm khoảng 6% [1].
Lê Thị Lý
4
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
Bảng 1.2. Thành phần và hàm lượng các axit amin trong hạt đậu tương
(g/100g protein) [3]
STT
Các axit amin
Hàm lượng (g/100g protein)
1
Arginin
7,4
2
Histidin
2,6
3
Lysin
6,0
4
Tyrozin
3,9
5
Tryptophan
1,2
6
Phenylanalin
4,2
7
Xystin
0,8
8
Metionin
1,5
9
Serin
5,5
10
Threonin
4,7
11
Lơxin
7,6
12
Izoloxin
6,2
13
Valin
5,3
14
Axit glutamic
10,3
15
Axit aspartic
14,0
16
Glyxin
4,8
17
Alanin
5,0
18
Prolin
4,4
1.1.2.2. Chất béo
Hàm lượng lipid trong đậu tương chiếm khoảng 15 - 25% khối lượng hạt,
nằm chủ yếu trong phần tử diệp của hạt. Thành phần axit béo không có giá trị dinh
dưỡng cao chiếm gần 80% lượng axit béo của hạt, gồm nhiều axit béo không thể
thay thế.
Lê Thị Lý
5
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
Bảng 1.3. Hàm lượng axit béo không no trong hạt đậu tương [3]
Axit béo không no
Hàm lượng (%)
Linoleic
49 – 60
Linoleoic
2–9
Oleic
21 – 34
Palmitic
6,5 – 12,0
Stearic
2–5
Arachidionic
0,4 – 1,0
Ligroxeric
0,1
So với các loại đậu khác, đậu tương chứa hàm lượng chất béo cao hơn. Chất
béo đậu tương chứa một tỉ lệ cao axit béo không bão hòa, có mùi vị thơm ngon nên
được dùng phổ biến thay cho mỡ động vật. Dầu đậu tương còn được nghiên cứu để
sản xuất ra nhiên liệu sinh học biodiezen nhằm thay thế cho nguồn nguyên liệu
khoáng sản đang ngày càng cạn kiệt. Sau khi được ép lấy dầu, khô đậu tương được
sử dụng để chế biến thành thức ăn chăn nuôi [3].
1.1.2.3. Gluxit
Gluxit trong đậu tương chiếm khoảng 30 - 35% khối lượng chất khô. Nó
được chia làm 2 loại:
-
Gluxit hòa tan chiếm khoảng 10%, gồm: sacaroza 5%, stachyoza 4%,
raffinoza 1% và một lượng nhỏ vecbascoza. Stachyoza và raffinoza không được tiêu
hóa bởi enzyme tiêu hóa nhưng lại bị lên men bởi vi sinh vật ở ruột tạo ra khí gây
hiện tượng sôi bụng. Đậu tương không chứa đường lactoza nên những người bị dị
ứng có thể uống sữa đậu nành thay cho sữa bò.
- Gluxit không tan chiếm khoảng 90%, trong đó: pectin 30%, hemixenluloza
40%, xenluloza 20%. Gluxit tập trung chủ yếu ở phần vỏ, tuy nhiên do lượng gluxit
này thường không có lợi và làm ảnh hưởng không tốt đến màu sắc, mùi vị sản phẩm
nên trong quá trình chế biến người ta thường tách vỏ để làm thức ăn gia súc.
1.1.2.4. Vitamin và khoáng chất
- Vitamin: Thành phần các loại vitamin được trình bày ở bảng 1.4.
Lê Thị Lý
6
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
Bảng 1.4. Thành phần các loại vitamin trong hạt đậu tương [3]
-
STT
Thành phần
Hàm lượng (mg/kg đậu tương)
1
Thiamin
11,0 - 11,7
2
Riboflavin
3,4 - 3,6
3
Niaxin
21,4 - 23,0
4
Pirydoxin
7,1 - 12,0
5
Biotin
0,8
6
Axit tantothetic
13,0 - 21,5
7
Axit folic
1,9
8
Inoxiton
23,0
9
Vitamin A
0,18 - 2,43
10
Vitamin E
1,4
11
Vitamin K
1,9
Khoáng chất: Thành phần chất khoáng chiếm khoảng 4 - 5% trọng lượng
khô của hạt, trong đó đáng chú ý nhất là canxi, photpho, mangan, kẽm và sắt.
Bảng 1.5. Thành phần các chất khoáng trong hạt đậu tương [3]
Thành phần
Đơn vị
Hàm lượng
Canxi
%
0,16 - 0,47
Photpho
%
0,41 - 0,82
Mangan
%
0,22 - 0,24
Kẽm
mg/kg
37,0
Sắt
mg/kg
90 - 150
Ngoài ra đậu tương còn chứa các chất gây mùi do có chứa exanalaxetaldehyt
và axeton gây lên mùi hăng, ngái của đậu tương.
Chất Saponin: là một nhóm có tính hỗn tạp các glucoside của rượu
triterpenoid có trong hạt đậu. Chúng có vị đắng, chát khó chịu.
Lê Thị Lý
7
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
1.2. Isoflavone trong đậu tương
1.2.1. Cấu trúc isoflavone
Năm 2005, các nhà khoa học Brazil đã tiến hành phân tích 18 mẫu đậu
tương. Kết quả phân tích cho thấy isoflavone trong đậu tương là một hợp chất
phenolic gồm: tồn tại ở dạng tự do (aglycone) và dạng liên kết (glycoside), bao
gồm: daidzin, genistin, glycitin, các malonyl và axetyl tương ứng của chúng. Trong
một số trường hợp chúng có mặt ở cả 4 dạng hóa học với mỗi dạng chứa 3 đồng
phân tạo lên 12 loại. Dạng aglycone gồm daidzein, genistein và glycitein. Dạng
glucosid gồm: daidzin, genistin, glycitin. Dạng glycoside kết hợp với nhóm axetyl
(6OAceG1c) gồm: 6”- O-acetyl daidzin, 6”- O-acetyl genistin, 6”-O-axetyl glycitin.
Dạng glucoside kết hợp với nhóm malonyl (6OmalGlc) gồm: 6”-O-malonyl
daidzin, 6”-O-malonyl genistin, 6”-O-malonyl glycitin [19].
Năm 2006, các nhà khoa học Hàn Quốc đã thực hiện nghiên cứu so
sánh hàm lượng isoflavone trong phôi, lá mầm, hạt và vỏ hạt đậu tương. Kết quả
nhận được cho thấy, tỉ lệ trung bình của isoflavone trong phôi là 2887 µg/g, trong
hạt là 575 µg/g, trong lá mầm 325 µg/g và trong vỏ hạt là 33 µg/g. Như vậy trong
hạt đậu tương thì isoflavone tập trung phần lớn ở phôi [12].
Cấu trúc cơ bản của isoflavone gồm 2 vòng benzen A và B nối với một dị
vòng pyron C.
Isoflavone
R1
R2
R3
Daidzein
-H
-H
-OH
Genistein
-H
-OH
-OH
Glycitein
-OCH3
-H
-OH
Formononetin
-H
-H
-OCH3
BiochaninA
-H
-OH
-OCH3
Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của các aglycone
Lê Thị Lý
8
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của các glycoside
Nồng độ isoflavone trong hạt đậu tương hay trong các sản phẩm của nó dao
động trong khoảng 50g/g đến 3500g/g. Hàm lượng aglycone trong các thực phẩm từ
đậu tương là không cao (0,2 - 1,5 mg/g) nhưng chúng lại là những phytroestrogen
có hoạt tính sinh học cao, được cơ thể hấp thu nhanh hơn, với lượng lớn hơn rất
nhiều so với dạng glycoside. Trong đó thì aglycone glycitein có hoạt tính mạnh hơn
cả (daidzein và genistein), mặc dù nó chỉ chiếm khoảng 5 – 10 % tổng lượng
isoflavone.
1.2.1.1. Genistein
Hình 1.4. Cấu trúc hóa học của genistein
Genistein là dạng aglycone của isoflavone genistin, có tên đầy đủ là 7Dihydroxy-3-(4-hidroxyphenyl) chromen-4-one hay 4’,5,7-trihidroxyisoflavone,
công thức phân tử là C15H10O5. Genistein có hàm lượng cao trong đậu tương. Hầu
Lê Thị Lý
9
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
hết các loại thực phẩm đậu tương chứa khoảng 1 - 2 mg genistein trên mỗi gram
protein. Ngoài ra genistein còn được tìm thấy trong sữa mẹ.
Genistein đã được chứng minh là một phytroestrogen và có khả năng phát
huy nhiều tác dụng cũng như ảnh hưởng khác nhau khi có mặt trong cơ thể. Nhưng
trong đậu tương hàm lượng glycoside genistin lại nhiều hơn so với lượng aglycone
genistein. Naim và cộng sự đã chỉ ra rằng 99% isoflavone trong đậu tương được tìm
thấy ở dạng glycoside [5]. Genistin có cấu trúc hóa học tương tự genistein là 4’,5,7trihydroxyisoflavone-7-glycosid, chỉ khác ở liên kết với phân tử d-glucose nhờ liên
kết β và genistin có thể biến đổi thành genistein nhờ phản ứng thủy phân cũng như
quá trình lên men.
1.2.1.2. Daidzein
Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của daidzein
Daidzein là dạng aglycone của daidzin. Nó được tìm thấy trong tự nhiên ở
dạng daidzin glycoside 6”-O-malonyl daidzin. Daidzein là phytroestrogen, có liên
kết với các thụ thể estrogen, có cả hoạt tính estrogen yếu cũng như tác dụng chống
lại estrogen. Daidzein được tìm thấy chủ yếu trong đậu tương và các sản phẩm từ
đậu tương. Nó là isoflavone nhiều thứ hai trong đậu tương. Nó cũng được tìm thấy
trong sữa mẹ. Trong các sản phẩm đậu tương không lên men như đậu phụ, daidzein
chủ yếu ở dạng glycoside, còn trong các sản phẩm lên men như natto, miso, tempeh
thì dạng aglycone nhiều hơn. Hàm lượng daidzein trong các thực phẩm cũng có sự
khác biệt.
Daidzein được tạo thành từ glycoside daidzin nhờ lên men hoặc thủy phân.
Quá trình lên men hoặc tiêu hóa (thủy phân) các thực phẩm đậu tương giúp cắt đứt
các phân tử đường của glycoside daidzin tạo ra aglycone daidzein (tương tự
genistein). Điều này thường xảy ra trong dạ dày (thủy phân nhờ axit) và trong ruột
(hoạt động của enzyme vi khuẩn). Sau đó, nó có thể được hấp thu vào máu hoặc
Lê Thị Lý
10
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
chuyển hóa hơn nữa bằng vi khuẩn đường ruột tạo thành equol và Odesmethylangolensin (O-DMA). Mức độ trao đổi chất này là khác nhau ở mỗi
người và phụ thuộc vào lượng vi khuẩn có trong đường ruột và chế độ ăn hằng
ngày. Theo nghiên cứu, sau khi hấp thu thì khoảng 80%-90% daidzein chuyển thành
O-DMA, và khoảng 30 - 50% daidzein chuyển hóa thành equol (equol có khả năng
chống oxi hóa rất lớn và hoạt tính estrogen cao gấp khoảng 100 lần so với daidzein)
[13].
1.2.1.3. Glycitein
Hình 1.6. Cấu trúc hóa học của glycitein
Glycitein là dạng aglycone của glycoside glycitin. Glycitein là một
isoflavone O-methyl hóa. Nó có hàm lượng ít nhất trong isoflavone đậu tương.
Glycitein là một phytroestrogen yếu hơn so với các isoflavone khác.
Glycitein có khả năng chống oxi hóa, chống các tác nhân gây ung thư, xơ
vữa động mạch và loãng xương. Nhưng do hàm lượng trong đậu tương rất nhỏ và
hoạt tính yếu hơn các isoflavone khác nên glycitein ít được quan tâm nghiên cứu
nhất. Nó có cấu trúc hóa học tương tự genistein và daidzein nhưng ngoại trừ khả
năng chống oxi hóa thì các hoạt tính khác lại không được như hai chất còn lại, do
một chút khác nhau về cấu trúc hóa học đã tạo lên sự khác biệt về hoạt tính sinh
học. So với isoflavone đậu tương thì hoạt tính estrogen của glycitein thấp hơn 20
lần so với daidzein và 200 lần so với β-estradiol.
1.2.2. Hàm lượng isoflavone trong thực phẩm từ đậu tương
Các thực phẩm đậu tương được chia làm hai nhóm chính dựa trên phương
pháp chế biến, bao gồm thực phẩm đậu tương không lên men và thực phẩm đậu
tương lên men (hình 1.7).
Lê Thị Lý
11
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
Hình 1.7. Một số thực phẩm chế biến từ đậu tương
Hàm lượng isoflavone thay đổi giữa các sản phẩm thực phẩm chế biến từ đậu
tương do sự khác nhau về phương pháp chế biến. Trong đó isoflavone có quan hệ
mật thiết với protein. Hàm lượng protein trong đậu tương chiếm tới hơn 36% trọng
lượng chất khô. Các thực phẩm và protein đậu tương đã qua chế biến cung cấp hàm
lượng khác nhau của isoflavone aglycone. Đậu tương trưởng thành và đậu tương
rang có chứa 0,1 - 5 mg isoflavone/g protein. Đậu tương xanh và tempeh có nguồn
isoflavone trung bình (0,3 mg/g protein) [28]. Hầu hết các thực phẩm đậu tương đều
chứa hàm lượng genistein khoảng 1 - 2 mg/g. Ngoài ra, dịch chiết cồn làm phân ly
các isoflavone liên kết với protein, vì vậy protein đậu tương bị biến tính bởi cồn sẽ
có hàm lượng isoflavone không đáng kể.
Quá trình lên men đậu tương làm tăng hàm lượng các isoflavone dạng
aglycone đồng thời giảm hàm lượng các glycoside tương ứng. Phụ thuộc vào
phương pháp chế biến và chủng vi sinh vật sử dụng mà hàm lượng, thành phần
isoflavone của các thực phẩm đậu tương lên men có sự khác biệt lớn.
Lê Thị Lý
12
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
1.2.3. Lợi ích của isoflavone đối với sức khỏe
Rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã khẳng định chất Isoflavone
trong đậu tương có khả năng phòng chống nhiều bệnh do có hoạt tính tương tự nội
tiết tố nữ estrogen.
Giảm hội chứng mãn kinh
Bốc hỏa
Hậu quả của quá trình mãn kinh bao gồm bốc hỏa, ra mồ hôi đêm, khô âm
đạo, tâm trạng thất thường và chứng loãng xương. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng
isoflavone trong đậu tương giúp làm giảm những triệu chứng trên. Trong một số
nghiên cứu kéo dài 12 tuần của Murkies và cộng sự (1995) đã nhận thấy ảnh hưởng
của chế độ ăn bổ sung đậu tương đến sự giảm các hội chứng mãn kinh ở 23 phụ nữ
mãn kinh. Những phụ nữ tiêu thụ 45g bột đậu tương/ngày (cung cấp xấp xỉ 60 - 90
mg aglycone) có sự giảm nhanh số lần bốc hỏa trong 6 tuần đầu tiên và giảm đến
40% tổng số lần bốc hỏa trong 12 tuần nghiên cứu. Một số nghiên cứu gần đây cũng
chứng minh quá trình giảm hội chứng bốc hỏa của đậu tương tương tự như liệu
pháp hormone. Nhưng ngược với liệu pháp thay thế hormone, đậu tương không làm
tăng chỉ số khô âm đạo (một chỉ số đo hiệu lực của estrogen) cũng như nguy cơ của
nhồi máu cơ tim, đột quỵ và ung thư. Do vậy, các isoflavone đậu tương không chỉ
làm giảm bớt hội chứng bốc hỏa mà chúng còn khác với estrogen là có thể hoạt
động như các SEMs (Selective estrogen receptor – chất điều biến đặc hiệu thụ thể
estrogen) [6].
Bệnh loãng xương
Phụ nữ có thể mất một lượng lớn trọng lượng xương của họ trong những năm
đầu bước vào thời kì mãn kinh. Sự mất xương có thể trở thành vấn đề nghiêm trọng,
đặc biệt đối với những phụ nữ có bộ xương vốn đã yếu. Những nghiên cứu gần đây
cho thấy các isoflavone dường như chiếm một vai trò quan trọng trong ngăn ngừa
sự mất xương đồng thời tăng mật độ xương (Alekel và cộng sự, 2000). Tác dụng
chống loãng xương của isoflavone là nhờ vào hoạt tính giống hormone sinh dục nữ
estrogen. Một số nghiên cứu in vitro và trên động vật đã chỉ ra rằng chế độ ăn chứa
đậu tương giúp ngăn ngừa sự mất xương [5]. Nghiên cứu được thực hiện với 66 phụ
Lê Thị Lý
13
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
nữ mãn kinh theo phương pháp mù đôi kéo dài trong 6 tháng. Kết quả là việc tiêu
thụ 40g SPI chứa 90mg isoflavone giúp làm tăng 2,2% mật độ xương quanh thắt
lưng so với mức cơ bản [17].
Ngăn ngừa bệnh tim mạch
Nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng isoflavon trong đậu tương kích hoạt hoạt
động của enzyme nitric oxide synthases nội mô, dẫn đến tăng sản xuất nitric oxide,
làm giảm huyết áp. Safiya Richardson và nhóm của bà đã nghiên cứu mối liên hệ
giữa isoflavone và huyết áp với hơn 5000 người Mỹ trong thời gian 20 năm. Kết
quả nghiên cứu được trình bày tại hội nghị lần thứ 61 của hội khoa học tim mạch
Mỹ diễn ra hàng năm. Họ phát hiện ra rằng những bệnh nhân cao huyết áp có lượng
isoflavone thấp hơn người bình thường, đặc biệt là người Mỹ gốc Phi. Lượng sử
dụng isoflavone nhiều nhất (> 2,5 mg/ngày) có thể làm giảm 5,5 mmHg huyết áp
tâm thu và còn có thể giảm 10 mmHg nếu tăng liều lượng sử dụng lên đối với
những người bị cao huyết áp. Nghiên cứu kết luận rằng đối với tất cả mọi người khi
sử dụng tối thiểu 2,5 mmHg isoflavon/người/ngày có thể giúp giảm huyết áp tâm
thu [24].
Chống ung thư
Ăn uống là yếu tố quan trọng làm giảm nguy cơ mắc các bệnh ung thư. Với
chế độ ăn mỗi ngày sử dụng chế phẩm từ đậu tương hoặc một ly sữa đậu nành là có
thể phòng ngừa được nhiều loại ung thư như ung thư vú, ung thư phổi, ruột, trực
tràng, dạ dày hay ung thư tuyến tiền liệt.
Bảng 1.6. Hàm lượng sử dụng đậu tương trung bình ở một số nước
STT
Tên nước
Hàm lượng sử dụng đậu tương
trung bình (g/người/ngày)
Tỷ lệ mắc bệnh
ung thư (%)
1
Nhật Bản
29,5
2,6
2
Hàn Quốc
19,9
4,7
3
Hồng Kông
10,3
6,0
4
Trung Quốc
9,3
8,4
5
Mỹ
Hầu như không đáng kể
22,4
Lê Thị Lý
14
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu dịch tễ học cho thấy tỷ lệ mắc bệnh ung thư tuyến tiền liệt ở các
nước có thói quen sử dụng nhiều sản phẩm đậu tương trong bữa ăn hàng ngày
thường thấp hơn so với các nước ít sử dụng. Tỷ lệ tử vong do ung thư tuyến tiền liệt
ở Nhật Bản thấp hơn 9 lần so với Hoa Kỳ. Isoflavone được đề xuất như một chất có
tác dụng bảo vệ này. Nghiên cứu đối chứng giả dược được tiến hành ngẫu nhiên
trên 158 người đàn ông Nhật Bản từ 50 – 75 tuổi bị giảm chức năng tuyến tiền liệt
và cơ thể của một nửa số người trong đó không thể sản xuất equol. Kết quả cho
thấy, chỉ có một trường hợp bị ung thư tuyến tiền liệt, các trường hợp còn lại đều
chứng tỏ rằng điều trị bằng isoflavon không làm tăng lên mức độ PSA (ProstateSpecific Antigen), là một protein được sản xuất bởi các tế bào của tuyến tiền liệt.
Mức độ PSA trong máu thường cao ở những người đàn ông bị ung thư tuyến tiền
liệt. Như vậy isoflavon làm giảm đáng kể nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt [4].
Các nhà khoa học đã nghiên cứu mối quan hệ giữa isoflavon trong đậu tương
và các bệnh nhân ung thư vú. Tiến sĩ Shu và cộng sự đã trình bày trong cuộc họp
thường niên năm 2011 của hiệp hội nghiên cứu ung thư Mỹ, kết quả nghiên cứu của
họ về sự an toàn của isoflavon đậu tương đối với 16.000 phụ nữ bị ung thư vú. Họ
đã tìm ra rằng phụ nữ tiêu thụ một lượng lớn isoflavone đậu tương thì nguy cơ tử
vong do ung thư vú giảm 9% và nguy cơ tái phát giảm 15%. Từ đó khẳng định lợi
ích của các thành phần từ đậu tương đặc biệt là isoflavone trong chế độ ăn uống của
phụ nữ, bao gồm cả những người bị ung thư vú [25].
1.2.4. Tính an toàn của isoflavone trong đậu tương
Đậu tương là thành phần chính trong khẩu phần ăn của người dân Đông Nam
Á từ nhiều thế kỉ nay. Liều lượng hấp thu an toàn của isoflavone ở người được giới
hạn tối đa là 70 - 75 mg/ngày và có thể sử dụng trong thời gian dài [9] . Mặc dù
isoflavone có thể bám vào các thụ thể estrogen nhờ sự tương đồng về cấu trúc với
các hormone estrogen nhưng các isoflavone hoạt động không hoàn toàn giống
estrogen. Chúng có tính chọn lọc với hai thụ thể α và β của estrogen. Trong đó thụ
thể β - estrogen luôn tạo ra các hoạt tính có lợi còn α - estrogen có thể gây ra các
hoạt tính có hại. Khi nồng độ tự nhiên của estrogen thấp (thời kì mãn kinh),
isoflavone tác động bằng cách liên kết với các thụ thể β và hoạt động như một
Lê Thị Lý
15
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
estrogen bình thường. Khi cơ thể sản sinh nhiều estrogen (ví dụ ở thanh niên), các
isoflavone liên kết với các thụ thể α và ngăn cản estrogen tự nhiên liên kết với thụ
thể. Ngoài ra, Ryowon và cộng sự (2004) đã xác định ảnh hưởng của isoflavone đậu
tương đối với trẻ 10 và 20 tháng tuổi và kết luận rằng chế độ ăn chứa đậu tương có
thể được sử dụng lâu dài cho trẻ nhỏ [20].
Một vài nghiên cứu khoa học chứng minh rằng, lượng protein cao trong sữa
đậu nành có thể làm giảm khả năng thụ thai. Tiêu thụ một lượng lớn sữa đậu nành
mỗi ngày (trên 3 cốc) sẽ làm sụt giảm lượng hormone sinh sản trong cơ thể con
người. Đây là kết quả công bố trên tờ Natual Toxins (Tạm dịch là Những độc tố tự
nhiên) sau khi tiến hành nghiên cứu trên một số lượng lớn động vật. Ngoài ra, đậu
tương cũng gây ra một vài tác dụng phụ khi sử dụng phổ biến nhất là ảnh hưởng nhẹ
đến tiêu hóa, đau bụng hoặc vùng thượng vị, cảm giác khó chịu, buồn nôn, mất cảm
giác ngon trong miệng, chứng khó tiêu và táo bón. Vì vậy, trước khi sử dụng người
tiêu dùng lên tìm hiểu kỹ cách dùng và liều lượng hoặc xin tư vấn của bác sĩ.
1.3. Sự chuyển hóa isoflavone từ glycoside sang aglycone trong đậu
tương bằng enzyme
Isoflavone bị thủy phân bởi enzyme β-glucosidase. Trong phản ứng thủy
phân các isoflavone đậu tương, enzyme β-glucosidase sẽ xúc tác cho phản ứng bẻ
gãy liên kết β-1,4-glucoside của các glycoside để giải phóng ra các phân tử glucose
tự do và aglycone tương ứng (hình 1.7). Nguồn enzyme β-glucosidase để thủy phân
các isoflavone glycoside có thể từ quá trình nảy mầm đậu tương (các enzyme nội
sinh của đậu tương), các chế phẩm enzyme thương mại hoặc từ các vi sinh vật lên
men.
Lê Thị Lý
16
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
Hình 1.8. Sự thủy phân các isoflavone bằng enzyme β-glucosidase
Một số chế phẩm enzyme thương mại có hoạt tính β-glucosidase đã được sử
dụng để làm giàu isoflavone dạng aglycone trong đậu tương như Molsin F
(Kikkoman Corp.), Sumizyme FP (Shin-nihon Kagaku Kogyo K.K.), … Theo
pantent số US 2001/0010930 A1 của Mỹ, Obata và cộng sự (2001) đã làm giàu hàm
lượng isoflavone aglycone trong bột đậu tương tách béo bằng enzyme Sumizyme
FP. Kết quả thu được là hiệu suất chuyển hóa isoflavone từ dạng glycoside sang
aglycone của quá trình thủy phân đạt trên 90% [15].
Ngoài enzyme β-glucosidase thì β-galactosidase cũng thu hút sự quan tâm
của các nhà nghiên cứu. Bởi vì, enzyme này không chỉ cắt chính xác liên kết βgalactoside mà còn có thể thủy phân liên kết α-galactoside trong α-lactoza. Do vậy,
β-galactosidase được cho rằng có thể chịu trách nhiệm cho quá trình chuyển hóa
glycoside sang aglycone bởi vì liên kết β-galactoside và β-glucoside tương đối
giống nhau. Theo kết quả nghiên cứu của Pham T.T. (2009), β-galactosidase được
chứng minh có khả năng thủy phân các isoflavone dạng glucoside trong sữa đậu
tương tạo thành các aglycone tương ứng, thậm chí ở nồng độ thấp 0,5 U/ml. Mặc
dù, so sánh với enzyme β-glucosidase thì β-galactosidase có hiệu quả xúc tác yếu
hơn nhưng phương pháp này đã mở ra một phương pháp mới để sản xuất aglycone
bởi vì enzyme này rất phong phú trong tự nhiên và đã được sử dụng rộng rãi ở dạng
chế phẩm enzyme thương mại trong công nghiệp thực phẩm. Theo pantent số
5,352,384 của Mỹ, Shen và cộng sự (1994) đã sử dụng enzyme Lactozym có hoạt
Lê Thị Lý
17
Lớp: 1103
Khóa luận tốt nghiệp
tính β-galactosidase của công ty Novozymes, Đan Mạch để thủy phân bột đậu tương
tách béo. Kết quả thu được sản phẩm protein giàu isoflavone dạng aglycone [23].
Trong những năm gần đây, một số nhà nghiên cứu đã báo cáo về quá trình
chuyển hóa isoflavone từ dạng glycoside sang dạng aglycone nhờ quá trình lên men
của vi sinh vật. Ứng dụng các phương pháp chế biến thực phẩm truyền thống, sự
chuyển hoá isoflavone đậu tương từ glycoside sang aglycone đã được quan sát thấy
trong suốt quá trình lên men với một số vi sinh vật như Bifidobacterium,
Lactobacillus, Bacillus sublitis, ... [16, 7, 26]. Mục đích của quá trình lên men đậu
tương với các chủng vi sinh vật là để tạo ra enzyme β-glucosidaza nội bào có khả
năng thủy phân các glycoside chiếm ưu thế trong đậu tương và sữa đậu tương thành
dạng aglycone có hoạt tính sinh học cao. Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu lên men
đậu tương với các chủng vi khuẩn probiotic. Những nghiên cứu này chỉ ra rằng các
enzyme nội bào β-glucosidase từ vi khuẩn probiotic có thể sử dụng để thủy phân
glycoside trong sữa đậu tương thành aglycone. Chien và cộng sự (2006) đã nghiên
cứu sự thủy phân của các isoflavone dạng glycoside bởi vi khuẩn lactic và nhận
thấy 70 - 80% genistin được chuyển thành genistein đồng thời 25 - 40% daidzin
chuyển thành daidzein sau quá trình lên men [7].
1.4. Một số thực phẩm giàu isoflavone trên thị trường Việt Nam và Thế
Giới
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng đậu tương tốt cho sức khỏe con người nhờ
có chứa thành phần isoflavone. Hiện nay, bên cạnh các thực phẩm giàu isoflavone
được chế biến trực tiếp từ đậu tương như sữa đậu nành, phô mai đậu tương, natto,
tempeh thì ngày càng xuất hiện nhiều các sản phẩm được bổ sung chế phẩm
isoflavone như bột ngũ cốc, sữa bột, nước giải khát … Một số loại thực phẩm giàu
isoflavone đậu tương được liệt kê trong bảng dưới đây và hàm lượng isoflavone của
chúng.
Lê Thị Lý
18
Lớp: 1103
