Nghiên cứu công nghệ chế biến thực phẩm chống lão hoá từ vừng đen và gạo cẩm

Bộ giáo dục và đào tạo
Tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà nội
-----------------------------------------

Trần thị thu ph-ơng

NGhiên cứu công nghệ chế biến đồ uống chức
năng từ vừng đen và gạo cẩm

Luận văn thạc sĩ ngành công nghệ sinh học

Hà nội - 2004


-1-

Mở Đầu
Đối với con ng-ời, mong -ớc lớn lao trong cuộc đời là đ-ợc sống lâu, sống
khoẻ. Tuy nhiên, đến một giai đoạn nào đó, con ng-ời lại phải đối mặt với thời
gian, những vết nhăn xuất hiện, cơ thể già nua mệt mỏi tạo điều kiện cho các
loại bệnh tật phát triển (còn gọi là bệnh tuổi già), nh- bệnh thoái hoá x-ơng
khớp, bệnh mÃn tính tim mạch và x-ơng khớp, tai mắt kém, cao huyết áp,
loÃng x-ơng, tiểu đ-ờng, ung th-...Tại sao con ng-ời lại già đi? Có ba học
thuyết giải thích về sự lÃo hoá cơ thể, đó là: thuyết oxy hoá, thuyết miễn dịch
và thuyết phân chia giới hạn. Thuyết oxy hoá cho rằng, các gốc tự do gây ra
tổn th-ơng oxy hoá tế bào, làm các tế bào già đi và chết. Thuyết miễn dịch
giải thÝch sù suy u cđa hƯ thèng miƠn dÞch tr-íc các tác nhân gây hại làm
cơ thể dễ mắc bệnh và lÃo hoá. Thuyết phân chia có giới hạn chỉ ra rằng, sự
phân chia của tế bào do một gen quy định, sau nhiều lần phân chia thì gen này
hết chức năng và quá trình phân chia tế bào sẽ chấm dứt. Thuyết oxy hóa có
sức thuyết phục hơn cả và đang ngày càng đ-ợc nghiên cứu sâu hơn, theo đó

các gốc tự do (H*,HO*,RO*...) đ-ợc sinh ra từ quá trình chuyển hoá qua những
chuỗi phản ứng oxy hoá, sẽ gây tổn th-ơng và huỷ hoại các phân tử sinh học
(lipid, protein,DNA...).
Sự oxy hoá phá hủy lipid, protein làm biến đổi màng tế bào gây nên các
bệnh tim mạch, huyết áp , các bệnh về mắt, x-ơng khớp... Sự oxy hoá gây nên
tổn th-ơng DNA sẽ làm biến đổi gen gây nguy cơ phát triển bệnh ung th-một căn bệnh nan gi¶i nhÊt trong nỊn y häc hiƯn nay. D-íi tác dụng của các
gốc tự do xuất hiện trong cơ thể gây nên nguy cơ mắc một số bệnh nguy hiểm
nh-: gây bệnh mù loà, phá huỷ các tế bào trong nÃo, tạo điều kiện phát triển
bệnh Parkinson, hoặc bệnh Alzheimer, làm gia tăng các quá trình lÃo hoá,
tăng nguy cơ bệnh mạch vành tim do các gốc tự do kích thích; cholesterol,

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


-2-

lipoprotein mật độ thấp (LDL) bám vào thành mạch máu, gây bệnh ung ththúc đẩy sự phá huỷ DNA của tế bào.
Tr-ớc những nguy cơ trên, cơ thể con ng-ời tự hình thành một hệ thống tự
bảo vệ - một hệ thống miễn dịch tuyệt vời, đ-ợc đảm bảo nhờ hệ thống tế bào
miễn dịch limphoT, limpho B, đại bạch cầu... và hệ thống các enzym oxy hoá
nh- catalase, glutathione, peroxidase,superosidase... Hệ thống này có khả
năng vô hiệu hoá các gốc tự do và ngăn cản sự hình thành chúng. Nh-ng hệ
thống tự bảo vệ này luôn có nguy cơ bị suy giảm khi các gốc tự do phát sinh ồ
ạt từ các nguyên nhân do chế độ dinh d-ỡng đem lại, do d- l-ợng thuốc trừ
sâu, thuốc bảo quản thực vật, sự ô nhiễm môi tr-ờng, các hoá chất độc
hại...Với ph-ơng châm: phòng bệnh hơn chữa bệnh hay chữa bệnh bằng ăn
tốt hơn chữa bệnh bằng thuốc, chúng ta phải có một chế độ ăn uống hợp lý,
th-ờng xuyên phải bổ sung các chất chống oxy hoá cho cơ thể làm hạn chế

các nguyên nhân phát sinh các gốc tự do, đ-ợc xem là một ph-ơng pháp hữu
hiệu nhất trong việc nâng cao sức khoẻ, tăng c-ờng hệ thống miễn dịch, chống
lÃo hoá nâng cao tuổi thọ con ng-ời.
Việc có một chế độ dinh d-ỡng hợp lý với thể trạng bệnh lý của từng
ng-ời, không phải là vấn đề mới. Điều đáng l-u ý là các nhà khoa học đÃ
nghiên cứu chiết xuất từ những thứ sẵn có trong tự nhiên, tạo đ-ợc một dòng
thực phẩm mới, giúp ta chủ động bù đắp sự thiếu hụt trong chế độ ăn hàng
ngày nh- các loại vitamin, khoáng chất, các vi chất cần thiết cho cơ thể, giúp
cơ thể giải độc chống lÃo hoá, tăng c-ờng sức đề kháng... Thực phẩm có tác
dụng bổ d-ỡng hoặc cải thiện chức năng của cơ thể đà đ-ợc thống nhất với
thuật ngữ chung là thực phẩm chức năng (functional foods) hay còn gọi là sản
phẩm dinh d-ỡng y học. Tuỳ theo quan niệm mỗi n-ớc mà có tên gọi khác
nhau, nh- tại Mỹ gọi lµ thùc phÈm thc (food and drug interface) do quan
niƯm các sản phẩm có chứa các chất dinh d-ỡng hoặc chứa các chất có hoạt
tính sinh học cao nguồn gốc thực vật, động vật chỉ là thực phẩm. Tại châu Âu,

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


-3-

các sản phẩm này được gọi là thực phẩm dinh dưỡng bổ sung (supplement).
Nguyên liệu để tạo ra các thực phẩm chức năng th-ờng chứa nhiều chất chống
oxy hoá. Các loại hạt nh- đậu, đỗ, vừng chứa nhiều loại chất chống oxy hoá
chủ yếu nằm ở lớp vỏ và ở mầm hạt. Các chất chống oxy hoá tìm thấy ở
nguyên liệu hạt gồm có: vitamin E, Selen, nguyên tố khoáng (đồng, kẽm,
mangan...) các acid phenoic, các acid phytic, các hợp chất catechin, flavonoid,
lignans...

+Vitamin E : có khả năng chống oxy hoá, tăng c-ờng hệ thống miễn dịch,
chống lÃo hoá, có thể làm đẹp da. Vitamin E là một chất chống oxy hoá nội
sinh của tế bào, bảo vệ các acid béo ch-a no đa chức trong màng tế bào khỏi
bị sự oxy hoá phá huỷ. Vitamin E còn giữ cho selen ở trạng thái khử, giúp cho
selen có các hoạt tính oxy hoá. Ngoài ra, vitamin E còn ngăn chặn sự hình
thành nitrosamin, chất gây ung th-, từ các hợp chất nitrit có trong thực phẩm.
+Selen: có chức năng nh- cofactor của enzym glutathion peroxidase, một
enym ngăn cản sự hình thành các gốc tự do. Selen cũng ngăn cản sự hình
thành của các gốc tế bào ung th- sinh ra từ các khối u, chống đục thuỷ tinh thể
và thoái hóa võng mạc...
+Acid phenoic: các acid phenoic tìm thấy trong các nguyên liệu hạt nhferrulic acid, caffeic acid, tannic acid, catechin, anthocyanin... Các acid
phenoic có khả năng ngăn cản sự hình thành nitrosamin nội sinh làm tắt các
phản ứng gây bệnh ung th- đối với tế bào, bảo vệ tế bào.
+Acid phytic: Tạo liên kết với ion tự do, ngăn chặn các ion này hình thành
các gốc tự do. Acid phytic cũng có khả năng tạo liên kết với gốc tự do đ-ợc
sinh ra do vi khuẩn đ-ờng ruột phá huỷ các tế bào ruột kết.
Lignan và isoflavonoid: Hợp chất lignan và isoflavonoid có các hoạt tính
sinh học giống nh- estrogen-một hoocmon của cơ thể - có khả năng chống
bệnh ung th-, ức chế các khối u, giảm l-ợng cholesterol trong máu. Các hợp

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


-4-

chất lignan và isoflavonoid có hàm l-ợng cao trong các loại hạt dầu nh- đậu
t-ơng, vừng, cọ...
Sức thuyết phục của thực phẩm chức năng đà tạo ra thị tr-ờng mới. Gần

đây, có rất nhiều tập đoàn và các hÃng nghiên cứu đà sản xuất các loại thực
phẩm chức năng nhằm tới thị tr-ờng rộng lớn - cộng đồng những ng-ời muốn
có thực phẩm bổ d-ỡng bảo vệ sức khoẻ. Thị tr-ờng đà đem lại hơn 100 tỷ
USD mỗi năm. Tại Việt Nam cũng đà có thực phẩm chức năng của công ty
Thiên sứ (Trung Quốc), sản phẩm của tập đoàn Vision (Vision international
people group) của châu Âu, các sản phẩm mang nhÃn hiệu Forever của Mỹ...
Với mục đích tạo ra một loại đồ uống có chức năng chống lÃo hoá, trong
công trình này chúng tôi lựa chọn những nguyên liệu chứa nhiều hoạt chất
chống oxy hoá, đó là: Gạo nếp cẩm-chứa nhiều anthocyanin, vừng đen - chứa
viamin E, các acid béo ch-a no, các hợp chất lignan, mật ong-hàm l-ợng
đ-ờng cao, và đặc biệt mật ong còn đ-ợc coi là nguồn cung cấp vitamin hoàn
hảo nhất trong tự nhiên.

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


-5-

Ch-ơng 1. tổng quan
1.1. Sản xuất đồ uống từ nguyên liệu giàu tinh bột.
1.1.1. Phân loại đồ uống:
Các loại đồ uống đ-ợc chế biến từ nguồn nguyên liệu giàu tinh bột đ-ợc
chia làm ba loại: đồ uống không có cồn, ®å uèng cã ®é cån thÊp, ®å uèng cã
®é cån cao[5].
Đồ uống không có cồn đ-ợc chế biến từ nguyên liệu hạt và không cho lên
men.
Đồ uống có độ cồn nhẹ đ-ợc chế biến từ nguyên liệu hạt và lên men có độ
cồn nhỏ hơn 20% v/v. Bia là đồ uống thuộc loại này.

Đồ uống có độ cồn cao đ-ợc lên men từ nguyên liệu hạt và đ-ợc ch-ng cất
đến độ r-ợu 40% v/v.
1.1.2-Sơ đồ nguyên lý sản xuất đồ uống từ nguyên liệu giàu tinh bột :
Các loại đồ uống chế biến từ nguyên liệu giàu tinh bột có thể khác nhau về
thành phần, màu sắc, mùi vị, tính chất... nh-ng đều tuân theo một nguyên lý
tổng quát với các giai đoạn sau:
+Xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu ở dạng nguyên hạt đ-ợc ngâm và hấp
chín, hoặc nguyên liệu hạt đ-ợc nghiền nhỏ sau đó nấu chín.
+Đ-ờng hoá: Giai đoạn này nhằm chuyển hoá tinh bột thành các cấu tử
gluxit đơn giản nhờ hệ enzym thuỷ phân tinh bột: -amilase và glucoamilase.
+Lên men: Giai đoạn này đ-ợc thực hiện nhờ hệ enzyme của nấm men
hoặc của hỗn hợp nấm men và vi sinh vật, nhằm chuyển hoá glucide thành
r-ợu.

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


-6-

+Xử lý sản phẩm: Giai đoạn này đ-ợc thực hiện tuỳ theo từng loại đồ uống,
nếu đồ uống không có cồn thì có thể nạp CO2 và thanh trùng. Đối với loại đồ
uống có cồn nhẹ thì đó là quá trình ch-ng cất, phối trộn...
Trên cơ sở đó có thể đ-a ra một quy trình tổng quát để chế biến một số
loại đồ uống nguyên liệu giàu tinh bột nh- hình sau:
Nguyên liệu
Nghiền nhỏ
N-ớc
Enym

Dịch hoá
Đ-ờng hoá

Nấm men

Lọc
Không lên men
Xử lý

Đồ uống không
có độ cồn

Lên men

Ch-ng cất

Xử lý

Xử lý

Đồ uống có độ
cồn thấp

Đồ uống có độ
cồn cao

Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý sản xuất đồ uống từ nguyên liệu giàu tinh bét.[5]
1.1.3-HƯ enzyme thđy ph©n tinh bét:
Sù thủ ph©n tinh bét đ-ợc xúc tác bởi acid hoặc enzyme phân cắt liên kết

glucoside trong phân tử amilose và amilopectin và đính vào đó một phân tử
n-ớc, mô tả theo ph-ơng trình d-ới đây:
enzyme
(C6H10O5)n + nH2O

nC6H12O6
hoặc acid

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


-7-

Hệ enzyme xúc tác thuỷ phân tinh bột là amilase đơn cấu tử, trong đó có
loại amilase phân cắt liên kết -1,4 -glucoside, hoặc loại amilase phân cắt liên
kết -1,6-glucoside.
ã -amilase (-1,4-glucanohydrolase, EC.3.2.1.1).
-amilase thc nhãm enzyme néi ph©n tư, chØ tác dụng liên kết -1,4glucoside ở vị trí bất kỳ trên amilose và amilopectin làm giảm nhanh độ nhớt
của tinh bột.
Các -amilase chứa nhiều tyrosin và triptophan trong phân tử và chứa các
ion canci. Sản phẩm thuỷ phân tinh bột d-ới tác dụng của -amilase là các
dextrin phân tử khác nhau. Enzyme -amilase phân cắt các phân tử amilose
cho sản phẩm cuối cùng là maltose và maltotriose; phân cắt amilopectin cho
sản phẩm là glucose, maltose, maltotriose và dextrin mạch nhánh.
Nhóm vi sinh vật tổng hợp -amilase là các vi khuẩn Bacillus liqufaciens,
B.Lichcheniformis, B.amiloliquefcien, B.subtilis... nấm sợi Aspergillus oryzae.
Nhiệt độ và pH tèi -u cđa -amilase t thc vµo ngn sinh tỉng hỵp
enzyme, th-êng pH tèi -u ë trong vïng acid yếu 4,5-6,9, Nhiệt độ tối -u vào

khoảng 60-70oC. Một số loài vi khuẩn chịu nhiệt sinh tổng hợp -amilase nhB.licheniformis thì pH tối -u là 5,6 nhiệt độ tối -u là 85oC.
ã -amilase (-1,4-glucan maltohydrolase, EC .3.2.1.1).
Enzyme -amilase phân cắt liên kết -1,4-glucoside của phân tử amilose
và amilopectin từ đầu không khử, sản phẩm tạo thành là maltose.
Enzyme -amilase có thể thu nhận từ malt, đậu t-ơng hoặc một số loại vi
sinh vật: Bacillus circulans, B.cereus, R.Japanicus... Đối với -amilase pH tối
-u là 5-6, nhiệt độ tối -u là 60-62oC.

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


-8-

-amilase và -amilase có thể phân cắt triệt để amilose, nh-ng chỉ phân
cắt đ-ợc 50-55% amilopectin. Do đó d-ới tác dụng của enzyme và amilase thu đ-ợc dịch đ-ờng chứa 78-80% maltose và glucose, 20-22%
dextrin chứa liên kết -1,6-glucoside.
ã -amilase (-1,4-Glucan glucohydrolase, EC.3.2.1.3).
Enzyme glucoamilase còn gọi là -amilase (-1,4-Glucan glucohydrolase,
EC.3.2.1.3) có thể phân cắt đ-ợc liên kết -1,4-glucoside và -1,6-glucoside,
chuyển hoá hoàn toàn tinh bột thành đ-ờng glucose.
Glucoamilase từ các nguồn khác nhau sẽ có những đặc tính và tính chất
khác nhau. Thông th-ờng pH tối -u của enzyme này là 4,5-5,5 và nhiệt độ tối
-u là 40-60oC. Trong môi tr-ờng chứa oligosaccharide sẽ làm bền enzyme, khi
có mặt ion Ca2+ sÏ lµm øc chÕ enzyme [3.1]
Ngn gèc cđa glucoamilase chñ yÕu tõ mét sè nÊm mèc nh- Aspergillus
usamii, A.niger, A.oryzae.. vµ nÊm men Endomycopsip [3.2]. ChÕ phÈm
Glucoamilase tõ chủng Aspergillus niger đà đ-ợc biến đổi gen. Điều kiện hoạt
đồng tối -u của các chế phẩm là pH 4,1-4,3 , nhiệt độ 60-62oC.

1.1.4-Thực trạng sản xuất đồ uống từ tinh bột hiện nay:
Hiện nay, công nghiệp sản xuất đồ uống từ nguyên liệu tinh bột gồm r-ợu
ch-ng cất và r-ợu vang không ch-ng cất. Nhiều đồ uống lên men tõ tinh bét
nh- r-ỵu Sake (NhËt), r-ỵu Whiskey, Vodka (Nga), vang Shaohsing (Đài
Loan), R-ợu nếp (Việt Nam)...
ã R-ợu Sake.
R-ợu Sake được coi là quốc tửu của Nhật Bản, rượu được nấu từ gạo, có
màu vàng nhạt, chứa 15-16% r-ợu, có vị ngọt và hơi chua [5]. R-ợu Sake
đ-ợc sản xuất ở quy mô công nghiệp nh-ng vẫn duy trì ph-ơng thức lên men
cổ truyền, cho nấm mốc phát triển trên gạo rồi tiến hành đ-ờng hoá nhờ

Trần thị thu ph-ơng

Công nghÖ sinh häc


-9-

enzyme do nÊm mèc sinh ra. Sau ®ã, cÊy nÊm men vào để thực hiện quá trình
lên men.
ã R-ợu Whiskey:
R-ợu Whiskey lên men từ ngũ cốc nảy mầm đ-ợc nghiền nhỏ, sau khi nên
men giữ lâu năm rồi mới pha chế. R-ợu Whiskey thuần đ-ợc pha chế từ r-ợu
Whiskey đà giữ lâu năm với n-ớc để giảm độ r-ợu rồi mới đóng chai. Tuỳ
theo loại ngũ cốc ng-ời ta chia ra làm 4 loại r-ợu Whiskey thuần:
+ Bourbon: Ngô chiếm tỷ lệ hơn 51%.
+ Rye Whiskey: Lúa mì đen chiếm trên 51%.
+ Corn Whiskey: Ngô chiếm trên 80%.
+Bottled in bond: Loại Bourbon hay loại Rye Whiskey bảo quản trên 4
năm mới đóng chai.

ã R-ợu Vodka:
Vodka là quốc tửu của Nga, được chế tạo từ khoai tây hay ngũ cốc giàu
tinh bột, có độ r-ợu rất cao... R-ợu sau khi cất đ-ợc lọc qua than gỗ, do đó
làm r-ợu Vodka không có màu, và th-ờng đ-ợc dùng để pha chế Cooctail.
ã Ruợu Hoàng tửu:
Hoàng tửu là loại r-ợu cất truyền thống của Trung Quốc, lên men từ gạo
và sử dụng bánh men thuốc bắc. Trong bánh men thuốc bắc có chứa hai loại
nấm men, nhóm Saccharomyupsis chuyển hoá tinh bột thành đ-ờng và nhóm
Saccharomyes chuyển hoá đ-ờng thành r-ợu.
Trong công nghệ sản xuất bia, nguyên liệu giàu tinh bột đ-ợc sử dụng làm
nguyên liệu thay thế . Một số loại đồ uống không lên men đ-ợc sản xuất từ
nguyên liệu giàu tinh bột (chủ yếu là gạo) d-ới dạng siro giàu đ-ờng, hoặc
mật tinh bột phục vụ cho công nghệ thực phẩm.
Siro-glucose đ-ợc tạo nên do sự thuỷ phân từ tinh bột ngô, khoai tây hoặc
gạo. Hỗn hợp sau thuỷ phân thu đ-ợc chủ yếu là đ-ờng glucose, maltose, qua
giai đoạn lọc và cô đặc đạt đến chỉ số đ-ờng khử (tính theo glucose) là 20-26,

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh häc


- 10 -

và bảo quản ở pH 3,5-5,5. Siro glucose dùng để tạo ra độ ngọt, ngăn cản sự kết
tinh saccharose, làm giảm nhiệt độ đông lạnh của các dung dịch.
Nh- vậy, thực trạng sản xuất đồ uống từ tinh bột hiện nay chỉ tập trung vào
một số loại mang tính truyến thống nh- r-ợu cao độ, r-ợu thấp độ (vang) hoặc
siro- đ-ờng. Các sản phẩm bỏ qua phần chất xơ là những thành phần hoạt
động nhất, không thể thiếu để duy trì sức khoẻ của con ng-ời. Chất xơ còn

đ-ợc coi là chất dinh d-ỡng ngoài đạm, đ-ờng, mỡ, vitamin, khoáng, vi
l-ợng...
Với xu thế hiện nay về thực phẩm chức năng phòng chống bệnh tật, chúng
tôi đề xuất quy trình chế biến sản phẩm từ dịch thuỷ phân gạo cẩm. Sản phẩm
này đ-ợc chế biến từ vừng đen đà xử lý phối trộn với dịch đ-ờng hoá gạo cẩm,
có bổ sung mật ong, tạo nên một loại đồ uống giàu dinh d-ỡng, đồng thời có
chứa nhiều hoạt chất sinh học, vì vậy có tác dụng chống lÃo hoá và phòng
ngừa một số bệnh.

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


- 11 -

1.2. Giíi thiƯu chung vỊ g¹o cÈm.
Lóa g¹o có tên khoa học là Oryza sativa L, thuộc họ lúa Pociceae
1.2.1-Đặc điểm thực vật và phân bố.
Cây lúa là loại cây thân cỏ mọc hàng năm, cao 0,7-1m. Lá có phiến dài,
bìa ráp, bẹ cao, trắng, l-ỡi bẹ có lông. Chùy hoa gồm nhiều bông, mang các
bông nhỏ màu vàng. Mày hoa có lông gai, một hoa có sáu nhị. Quả thóc dính
chặt với mày hoa (vỏ trấu). [16]
Cây lúa là nguồn l-ơng thực chủ yếu của các n-ớc Châu á, có hai loại là
lúa tẻ (var utilissima A.camus) và lúa nếp (var glutinosa tanaka)
Gạo nếp cẩm có màu tím đen, phân bố chủ yếu ở các tỉnh phía Bắc n-ớc ta
nh- Hoà Bình, Sơn La, Lai Châu, Phú Thọ.
1.2.2-Thành phần hóa học:
Cấu trúc của hạt thóc gồm 6 lớp từ ngoài vào: Vỏ trấu chiếm 17-22% trọng
l-ợng hạt; Vỏ quả chiếm 1-2% gồm cellulose, pentozan và chất tro; Vỏ hạt

chiếm 1-2,5% có màu đục hoặc nâu ; Lớp alorong chiÕm 4-6% chøa nhiỊu
protein (35-45%), ®-êng (6-8%), chÊt bÐo (8-9%), vitamin vµ tro (11-14%)
cellulose (7-10%), pentozan (15-17%); Néi nhị chiếm khoảng 70% rất giàu
tinh bột và protein, một ít cellulose, lipit và đ-ờng; Phôi nằm ở góc cuống hạt,
chiếm 2,5% chøa protein (30-40%), lipit (15-35%), tro (6-10%), cellulose (23%) [ 5]
Thành phần chính của gạo là tinh bột, hàm l-ợng khoảng 50-70% gồm
amilose và amilopectin, tinh bột gạo nếp chøa rÊt Ýt amilose. §-êng tù do chđ
u cã trong phôi và nội nhũ là sacarose [5].
Các hợp chất chứa Nitơ trong gạo chiếm 7-9% chất khô và chia thành 4
nhóm dựa và độ hoà tan, gồm: albumin tan trong n-ớc, globumin tan trong

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


- 12 -

dịch muối, prolamin tan trong dịch r-ợu, glutein tan trong dịch acid loÃng và
các dung môi hữu cơ.
Các chất khoáng vi l-ợng tập trung ở phần chất tro (tập trung ở vỏ trấu)
chiếm (2-5%), gồm các dạng hợp chất của phospho, một số nguyên tố khoáng
nh- K,P, Si, Ca, Na, K, Mn...
ở phôi và lớp alorong chứa nhiều vitamin nhóm B, ngoài ra còn có vitamin
A, D, E, PP. Thành phần lipid chiếm 1-2% cũng tập trung ở phôi và lớp
alorong.
Sắc tố anthocyanin có trong vỏ hạt tạo cho gạo cẩm có màu tím đậm đặc
tr-ng, thành phần anthocyanin này cũng tạo cho gạo cẩm một số tính chất sinh
học đáng chú ý.
1.2.3-Cấu trúc, tính chất hoá học và tác dụng sinh học của

anthocyanin.
1.2.3.1-Cấu trúc và tính chất hoá học của anthocyanin:
Anthocyanin là nhóm chất tạo sắc tố lín nhÊt, rÊt phỉ biÕn trªn thÕ giíi,
thc nhãm flavonoid - nhóm các hợp chất vòng phenolic chứa một hay nhiều
nhóm OH trong nhân benzen. Anthocyanin có mặt hầu hết các loài thực vật
đất, kể cả họ cây x-ơng rồng; củ cải đ-ờng... góp phần tạo nên màu sắc cho
hoa, quả và một số thành phần khác của cây tạo nên màu từ đỏ đến thẫm, từ
xanh đến hồng, từ vàng đến không màu, thậm chí tạo màu đen ở một số thực
vật. Anthocyanin không có mặt trong các loài động vật, thực vật biển hoặc vi
sinh vật [20]. Các hợp chất flavonoid là những dẫn xuất của cromon và
croman, cã khung carbon C6C3 (phenylpropan). Sù ng-ng tơ cđa croman với
một vòng phenol tạo ra nhóm flavan, sự ng-ng tụ của cromon với một vòng
phenol tạo ra nhóm flavanon.[12]

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


- 13 -

8

8

O
1

7

6

2

7

3

6

4
5

O
1
2
3
4

5

Croman

Cromon

O

O
O

Flavan

Flavanon

Các nhóm thế hydroxyl tại các vị trí khác nhau tạo ra các dẫn xuất khác
nhau của flavan. Các nhóm dẫn xuất chính của flavan gồm:

O

OH
OH

Leucoanthocyanidin không màu
(flavandiol - 3,4)
O

OH

Catechin không màu
(flavonol - 3)
O

Anthocyanindiol - màu vàng, đỏ

Các anthocyanin là dẫn xuất của cation flavilium-3,5,7,4-tetrahydroxy.

Trần thị thu ph-ơng

Công nghÖ sinh häc

- 14 -

R2
H

OH

H
O

HO

R3
H

H

O-gly
OR1

Cation flavylium-3,7,4'-tetrahydroxy

B¶ng 1.1- Mét sè anthocyanin phỉ biÕn trong thùc vËt.[24]
C¸c anthocyanin

Ri
R1

R2

R3

R4

1.Pelargonidin-3-glucoside

H

H

H

H

2.Cyanidin-3-glucoside

H

H

OH

H

3.Delphinidin-3-glucoside

H

H

OH

OH

4.Mavidin-3-glucoside

H

H

OCH3

OCH3

5.Petunidin-3-glucoside

H

H

OCH3

OH

Sù thiÕu hơt electron cđa cation flavylium làm cho phần aglycon tự do (còn
gọi là anthocyanin) rất hoạt động, chúng ít tồn tại ở trong tự nhiên. Cation
flavylium liên kết với các gốc đ-ờng (các anthocyan) sẽ bền hơn rất nhiều so
với phần aglycon tự do. Vì vậy, trong tự nhiên hầu hết các anthocyanin tồn tại
d-ới dạng glycoside dễ tan trong n-ớc và các dung môi hữu cơ.

Các gốc đ-ờng th-ờng gắn trực tiếp vào vị trí carbon 3, 5, 7, 3 , 4, hoặc 5.
Các gốc đ-ờng phổ biến là đ-ờng D-glucose, L-rhamnose, D-galactose, Dxylose, và arabinose. Các glucoside rất dễ bị thuỷ phân trong môi tr-ờng acid,
kiềm nhẹ, hoặc bởi enzyme glucosidase-giải phóng phần đ-ờng và aglycon
đặc tr-ng cho flavonoid.
Hệ thống nối đôi liên hợp tạo ra bởi hai vòng thơm và vòng pyren làm cho
các hợp chất anthocyanin có khả năng hấp thụ mạnh các tia tử ngoại. Hai đỉnh
hấp thụ cực đại của anthocyanin trong vùng tử ngoại: dải 1-ở trong vùng b-ớc

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


- 15 -

sãng 320-380nm; d¶i 2 trong vïng b-íc sãng 240-280 nm. Một đỉnh hấp thụ
cực đại trong vùng nhìn thấy với b-ớc sóng 490-550 nm. Tuy nhiên, các b-ớc
sóng hấp thụ cực đại th-ờng không cố định, tuỳ theo điều kiện tạo muối hoặc
tạo phức chất với các ion kim loại, các b-ớc sóng hấp thụ có thể dịch chuyển
ít nhiều. Ngoài ra, cũng do hệ thống nối đôi liên hợp tạo cho các anthocyanin
có màu. khi hệ thống này bị phá vỡ thì anthocyanin cũng mất màu đặc tr-ng.
Các nhóm OH của anthocyanin rất dễ tạo phức với kiềm (NaOH,
NH4OH...) cho màu đặc tr-ng. Các nhóm OH này là nguyên nhân làm cho các
anthocyanin có ái lực mạnh nhất với các ion kim loại nặng( Fe, Cu...), tạo
phức chất bền vững với các kim loại chuyển tiếp. Các kim loại này th-ờng có
mặt trong các tế bào sinh vật d-ới dạng các nguyên tố vi l-ợng.
Các nhóm OH tự do dễ tạo liên kết hydro nội phân tử và giữa các phân tử
anthocyanin gây ảnh h-ởng đến tính chất hoá lý nh-: điểm sôi, điểm nóng
chảy, phổ UV, cấu trúc phân tử...
Các anthocyanin rất dễ bị oxy hoá, quá trình này kèm theo sự mở vòng

pyren, đây cũng là nguyên nhân gây ra tác dụng của các hợp chất
anthocyamin với các enzym oxydoredutase và các chất oxy hoá mạnh nhAgNO3, KMnO4, Na2S2O5...
Phân tử anthocyanin không bền vững, màu sắc của chúng phụ thuộc vào
pH của môi tr-ờng, nhiệt độ, ánh sáng và các kim loại. Tính chất thay đổi cấu
trúc phân tử theo pH của anthocyanin là cơ sở cho ph-ơng pháp định tính và
định l-ợng chúng.[20]
1.2.3.2-Tác dụng sinh häc cđa anthocyanin:
* T¸c dơng chèng oxy ho¸:
Trong c¸c tÝnh chÊt sinh häc cđa anthocyanin, nỉi bËt nhÊt lµ tác dụng
chống oxy hoá và khả năng phản ứng với các gốc tự do. Trong cơ thể sinh vật,
các quá trình peroxyt hoá lipid của màng tế bào diễn ra theo phản ứng dây

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


- 16 -

chun t¹o ra nhiỊu gèc tù do ho¹t động. Quá trình lÃo hoá cơ thể kéo theo
nhiều bệnh tật nguy hiểm, đều do tác dụng của các gốc tự do rất hoạt động
này.
Các gốc tự do bắt đầu đ-ợc sinh ra do tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, các
ion kim loại...
t
LH hv,


L*+H*
o

n

LH M
L*+H*+Mn(n+1)+
sau đó tạo ra nhiều gốc tự do hoạt động:
L*+O2LOO*
LOO*+LHLOOH+L*
LOOH+Mn+LO*+M(n+1)++HO*
Nếu một gốc là các phân tử sinh học, sẽ xảy ra sự gắn đồng hoá trị tạo các
gốc dị hoá, sinh ra đột biến. Các gốc LO*, LOO* có thể chuyển vị nội phân tử
phân cách mạch tạo ra nhiều gốc tự do có mạch ngắn hơn.
Khi có mặt một chất chống oxy hoá nh- vitamin E, isoflavonoid,
anthocyanin... chúng sẽ bắt giữ các gốc tự do tạo các gốc tự do rất bền vững,
hạn chế sự tạo thành peroxide gây nguy hiểm hoặc tổn th-ơng cho các phân tử
sinh học hoặc màng tế bào. Nếu các gốc tự do bền vững đ-ợc tạo ra, sẽ thay
thế việc hình thành các gốc tự do hoạt động trong chuỗi peroxide hoá, làm
ngắt mạch phản ứng. Mặt khác, các chất chống oxy hoá còn có thể kết hợp với
các ion kim loại nặng- vốn là tác nhân gây ra nhiều quá trình sinh hoá làm
xuất hiện các gốc tự do, chẳng hạn nhóm sắc tố anthocyanin có khả năng bảo
vệ vitamin C khỏi sự oxy hoá - một chất liên quan đến nhiều quá trình trao đổi
chất của cơ thể - tr-ớc tác dụng của các ion kim loại khi tạo thành phức hợp
tiền sắc tố ascorbic-metal-anthocyanin .

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


- 17 -

OH
H
HO

OH
O

O

C
H

O

C

O

OH

C
Cu

C

C2H5O2

O

O

2+

Cu , As A

O

O

Hình 1.2- Phức hợp tiền s¾c tè ascorbic - metal - anthocyanin.
RÊt nhiỊu b»ng chøng cho thấy, các gốc tự do hoạt động và các chất oxy
hoá khác là nguyên nhân gây nên sự oxy hoá phá huỷ các phân tử sinh học
nh- lipid, protein, acid nucleic. Các chất oxy hoá này là một tác nhân quan
trọng trong việc phát triển một số bệnh bao gồm cả bệnh ung th- và sự lÃo hoá
cơ thể. Các chất chống oxy hóa có khả năng trung hoà các gốc tự do, có thể là
đối t-ợng trọng tâm cho việc phòng và ngăn chặn bệnh tật. [29]
* Tác dụng thay đổi áp suất thẩm thấu của màng tế bào:
Khả năng làm thay đổi áp suất thẩm thấu của màng tế bào làm cho các hợp
chất flavonoid cũng nh- các anthocyanin có tính sát khuẩn và diệt nấm. Đó là
do sự phân cực của phân tử, các anthocyanin có khả năng xuyên qua màng tế
bào tạo ra các khe hở, cho các ion lọt qua và làm thay đổi các hoạt tính sinh
hoá của tế bào. Hơn nữa, có rất nhiều bằng chứng trong các dịch bệnh cho
thấy, các sắc tố anthocyanin và các polyphenol có khả năng phòng và chữa trị
đ-ợc một số bệnh nguy hiểm cho con ng-ời, chẳng hạn nh- bệnh viêm động
mạch vành tim , tai biến mạch máu nÃo, ngăn cản sự phát triển của các khối u.
Flavonoid và anthocyanin cũng có khả năng ức chế hoạt động của các enzyme

Trần thị thu ph-ơng

Công nghÖ sinh häc


- 18 -

oxygenase, lipooxygenase vèn xóc t¸c cho c¸c qu¸ trình giải phóng
prostaglandin - chất thu hút các tế bào bạch cầu gây s-ng tấy, đau và sốt.
* Tác dụng hÊp thơ tia cùc tÝm.
C¸c anthocyanin thùc sù cã vai trò lớn đối với thực vật, đó là tạo ra màu
sắc đặc tr-ng thu hút côn trùng đến thụ phấn cho hoa và đặc biệt là khả năng
hấp thụ mạnh tia cùc tÝm (UV) nhê cã cÊu tróc ph©n tư đặc biệt. Các sắc tố
anthocyanin liên kết tạo ra một màng ngăn UV, bảo vệ phân tử DNA thực
vật không bị phá huỷ với ánh sáng mặt trời. Bởi vì tia UV là nguyên nhân gây
làm cho các chuỗi xoắn kép của DNA tạo thành các liên kết ngang, ngăn cản
sự phân chia tế bào, nh- quá trình tổng hợp protein.
Ngày nay, các sắc tố anthocyanin càng đ-ợc chú ý nhiều hơn bởi khả năng
và lợi ích của chúng đối với sức khoẻ con ng-ời. Ngoài việc anthocyanin đÃ
đ-ợc sử dụng làm thực phẩm chức năng, anthocyanin còn đ-ợc sử dụng trong
công nghiệp làm chất nhuộm màu thực phẩm an toàn.

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học


- 19 -

1.3. giới thiệu chung về vừng đen
Vừng còn có tên gọi khác là Mè, tên khoa học là Sesamum indicum L,
thuộc họ vừng Pedaliaceae.

1.3.1-Đặc điểm thực vật và phân bố:
Cây vừng là loại cây thân thảo có lông mềm, cao từ 60-100 cm. Lá mọc ở
từng đốt, là lá đơn nguyên, có cuống hình bầu dục, thon hẹp ở hai đầu.
Hoa vừng có màu trắng, mọc ở nách lá, có cuống ngắn.
Quả nang kéo dài có lông mềm, có 4 ô mở từ gốc lên. Hạt nhiều, màu
vàng, nâu hoặc đen, hạt thuôn hơi bị ép dẹt, hầu nh- nhẵn, có nội nhũ. Hoa nở
vào tháng 5-9, cho quả tháng7-9.
Hạt vừng màu đen ( Semen sesami Nigrum) còn gọi là hắc chi ma.
Cây vừng mọc nhiều ở vùng châu á nhiệt đới, trồng rộng rÃi để lấy quả.
Thu hái vào tháng 5-9, cắt toàn thân, phơi khô đập lấy hạt.
1.3.2- Thành phần hoá học:
Hạt vừng chứa 40-55% dầu màu vàng, 5-8% n-ớc, 20-22% protein,
khoảng 5% tro (trong đó có 7mg đồng), 1% canci oxalat, 6,3-6,8% chất không
chứa Nitơ gåm: nhãm chÊt lignans (sesamin, sesamolin, sesamol),
peclaliinplanteo, sesamose, kho¶ng 0,25-1% lecithin, vitamin E.
Protein của hạt vừng có giá trị dinh d-ỡng cao, tỷ lệ các acid amin không
thay thế xấp xỉ bằng quy định của FAO nh- valin, isoleusine, hoặc cao hơn
quy định của FAO nh- threonine, methionine, phenylalanine. Bột vừng đà loại
chất béo chứa khoảng 50% protein, thành phần chđ u lµ globulin Ýt tan trong
n-íc (67,3%), albumin tan trong n-ớc (8,6%), prolamine không tan trong
n-ớc và dung dịch muối loÃng (1,4%) và glutenin chỉ tan trong dung dịch
kiềm hoặc muối loÃng (7%).
Thành phần và hàm l-ợng các acid amin toàn phần trong hạt một số giống
vừng đ-ợc phân tích ở Việt Nam nh- trong bảng 2.1.

Trần thị thu ph-ơng

Công nghệ sinh học