Công nghệ sinh học chế biến sản phẩm thu hoạch

Nội dung text: Công nghệ sinh học chế biến sản phẩm thu hoạch

1. 141 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung (xylose, arabinose). Trong dung dịch còn một số lượng acid acetic và acid hữu cơ khác. Ở các nhà máy rượu thủy phân nhờ một loại enzyme để biến đường hexose thành ethanol, bã còn lại, sau khi đã cất rượu lại được dùng để nuôi cấy nấm men gia súc. Dịch trung hòa, sau khi loại bớt nước sẽ là một dịch đậm đặc chứa 25-30% đường gọi là mật thủy phân, dùng trong khẩu phần động vật khi thiếu hydrate dễ tiêu. Việc nghiên cứu đưa vào sản xuất qui trình công nghệ mới tiến bộ hơn, cho phép thu được dịch đường nhanh hơn, rẻ hơn, và sản xuất glucose thực phẩm, nấm men bánh mì, nấm men thực phẩm, acid amin không thay thế (lysine), acid glutamic, acid citric và nhiều sản phẩm có ích khác. Chế biến rơm rạ Các chế phẩm enzyme tạo ra khả năng nâng cao chất lượng thức ăn tươi và sử dụng triệt để hơn các sản phẩm phụ của trồng trọt như rơm rạ, chẳng hạn, để làm thức ăn cho chăn nuôi. Trên đồng ruộng, đồng cỏ, người ta gieo trồng ngày càng nhiều các thức ăn xanh dùng trong chăn nuôi. Điều cần thiết là phải biết chế biến thức ăn và bảo quản để dùng quanh năm mà không bị mất dinh dưỡng Phục vụ cho mục đích này, người ta ủ chua, bảo quản về mùa đông thức ăn chăn nuôi bằng acid lactic sinh ra bởi vi khuẩn lactic Khi ủ chua các chất dinh dưỡng trong đó có vitamin sẽ bị mất mát ít hơn so với cỏ khô. Để cho vi khuẩn lactic phát triển nhanh trong khối lượng thức ăn xanh ủ bằng cách nén kĩ và đậy kín, cần có đủ lượng đường hòa tan và dễ lên men. Trong thực vật càng chứa nhiều protein thì các vi khuẩn này càng cần có nhiều đường để hình thành acid lactic và một phần acid acetic. Các acid này sẽ làm acid hóa khối thức ăn ủ chua và làm ức chế sự phát triển của các vi khuẩn butyric trong đó loại vi khuẩn này làm thối rửa khối chất xanh. Không phải mọi thực vật đều có chứa đủ lượng đường cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn lactic và cho việc làm chua một cách thích hợp khối lượng thức ăn ủ chua. Cũng vì thiếu đường mà các cây trồng giàu protein như Đậu Hòa Lan, cỏ Ba lá, Dâu tằm, khó ủ chua, còn cỏ Đinh lăng và Đậu tương thuộc loại thực vật không ủ chua được. Sự phân loại như vậy nhằm đưa thêm chế phẩm enzyme vào hợp lí để chuyển cây họ Đậu thành loại ủ chua được. Muốn vậy, khi xếp thực vật vào nơi cất chứa, phải cho thêm một lượng không lớn các chế phẩm enzyme. Dưới tác dụng của chúng, một phần polysaccharide (cellulose, tinh bột, hemicellulose, pectin) bị phân giải thành đường và các acid hữu cơ đơn giản, tan trong nước thành acid amin. Tất cả các chất này được vi
2. 142 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung khuẩn lactic đồng hóa tốt và sinh ra acid lactic một cách nhanh chóng, thức ăn ủ xanh nhận được sẽ có chất lượng tốt, tươi, ngon và phong phú chất dinh dưỡng. Bò sữa, bò đực, bê, lợn đều ăn ngon lành. Thức ăn ủ chua như vậy bảo quản được 2 năm. Nhờ các chế phẩm enzyme có thể chuyển hóa rơm rạ thành thức ăn ủ chua có chất lượng tốt, thậm chí thành một loại thức ăn glucid-protein quí giá. Các chuyên gia của viện Nghiên cứu Kĩ thuật Sinh học Liên Xô (cũ) và viện Hàn lâm Nông nghiệp mang tên Timiriazev K.A. đã đề nghị một phương pháp đơn giản, rẻ tiền và có hiệu quả để xử lí rơm rạ bằng nhiệt và enzyme trong các máy trộn hỗn hợp C-12 do ngành công nghiệp Liên Xô sản xuất. Enzyme chuyển hóa phần polysaccharide phức tạp của rơm rạ thành các dạng hòa tan và dễ được vi sinh vật đồng hóa. Sau đó được ủ chua hoặc được cấy nấm men để phát triển trên phần đường của thức ăn. Trong trường hợp này thức ăn từ rơm rạ có chất lượng dinh dưỡng gần với đậu. Chế biến tinh bột ngô Sau đây là một ví dụ về công nghệ chế biến ngô của nhà máy sản xuất tinh bột ngô và tinh bột ngô cải biến của công ti Hữu hạn Khai thác ngô ở Tân Nguyên, Cát Lâm, Trung Quốc (liên doanh với nước ngoài. Vốn đăng kí kinh doanh 12 triệu USD. Tổng kinh phí đầu tư là 45 triệu USD). Sản phẩm chủ yếu của công ti này là tinh bột. * Tinh bột ngô có thể dùng làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp khác nhau: làm giấy, dược liệu, dệt, thực phẩm. - Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm: Tinh bột ngô có thể chuyển hóa thành đường. Ví dụ: fructose từ tinh bột ngô có thể cải thiện và tăng cường khẩu vị của các thực phẩm chế biến. Ngày nay, đường tinh bột (starch sugar) là nguồn đường mới dùng để thay thế đường mía (ngọt đạt 173,3% so với đường mía). Tinh bột ngô cũng là nguyên liệu để sản xuất mì chính, acid citric, v.v. - Ứng dụng trong công nghiệp dược: Tinh bột ngô có thể sản xuất đường glucose dùng trong y học nhờ quá trình thủy phân. Sau đó, glucose có thể sản xuất vitamin C v.v. Tinh bột ngô làm chất phụ gia trong việc sản xuất thuốc viên và làm nguyên liệu để chế biến các tác nhân chống vi khuẩn, chống nấm v.v. - Ứng dụng trong công nghiệp giấy: Tinh bột ngô làm chất phụ gia trong công đoạn ướt của quá trình sản xuất giấy khiến cho giấy bền chắc và có bề mặt đẹp. Có thể làm chất hồ dính bề mặt để tăng độ bóng của giấy, sản xuất ra bề mặt giấy in tương
3. 143 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung đối tốt, giảm bớt tỉ lệ rách và xơ xước. Có thể làm chất kết dính cho lớp bôi nguyên liệu màu giữa giấy và bìa cứng. Tinh bột ngô làm cho màu kết dính với nhau và kết dính với sợi để tạo thành bề mặt bền chắc, trơn đều đặn và liên tục, làm tăng độ trắng, độ sáng và độ trong suốt của giấy. Có thể làm chất kết dính để sản xuất giấy cứng, giấy carton v.v. - Ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác: Tinh bột ngô dùng trong hồ sợi trong công nghiệp dệt, làm chất phụ gia trong công nghiệp đúc, trong công nghiệp khoan dầu cũng như trong công nghiệp chất dẻo. * Bột gluten từ ngô: Bột gluten từ ngô là một loại bột giàu protein (>60%), chứa nhiều acid amin chúng có giá trị cao trong chế biến thực phẩm và gia vị. Loại bột này có thể dùng làm môi trường nuôi cấy trong công nghiệp lên men. Thức ăn gia súc làm bằng bột gluten là thức ăn cao cấp có chất lượng tốt đối với gia súc, gia cầm, cá. * Dầu phôi ngô: Dầu phôi ngô có chứa nhiều acid linoleic có thể hòa tan cholesterol trong máu, làm mềm huyết quản, làm giảm huyết áp và ngăn ngừa hiện tượng xơ vữa động mạch. Đây cũng là loại dầu thực phẩm có chất lượng cao, chứa nhiều vitamin E, là một loại dầu bổ dưỡng hảo hạng. Ngoài ra, dầu phôi ngô dùng làm nguyên liệu hóa học để sản xuất xà phòng và các loại sản phẩm khác có liên quan đến dầu mỡ. * Chế phẩm có hàm lượng fructose cao: chế phẩm fructose là dung dịch không màu, trong suốt. Các cấu tử của chế phẩm là fructose và dextrose. Chế phẩm hàm lượng fructose cao được mang danh hiệu “Mật Ong nhân tạo” và hiện nay đã thịnh hành khắp thế giới. Chúng không những có vị thuần khiết, có độ ngọt cao hơn đường mía mà còn có ưu việt khác như giá trị dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ. Những đặc tính của chế phẩm này về tính thẩm thấu (permeability), về tính dễ kết tinh (crystallization), về tính lên men (fermentation) và tính chống chịu sâu răng v.v. đều là những nguyên nhân để người ta ưu tiên cho chế phẩm này trong công nghiệp thực phẩm, trong công nghiệp đồ uống và trong việc tiêu dùng ở gia đình. Đặc biệt chế phẩm này dùng trong các bệnh nhân mắc bệnh đái đường và trong đồ uống của các vận động viên. Chê phẩm có hàm lượng fructose cao của công ti Tân Nguyên có loại F-42 fructose (42% fructose), F-55 fructose tiêu chuẩn (55% fructose). * Tinh bột ngô cải biến (corn modified starch): công ti Tân Nguyên đã sản xuất 5 loại tinh bột ngô cải biến: cải biến nhờ acid (acid – modified starch) bằng cách cho tinh bột huyền phù trong dung dịch acid loãng (HCl hoặc H2SO4) ở nhiệt độ trong phòng đến nhiệt độ hồ hóa. Khuấy cho đến
4. 144 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung khi nhiệt độ độ nhớt huyền phù giảm đến mức thích hợp, trung hòa bằng kiềm hoặc sodium carbonate, rửa và sấy khô. Loại tinh bột này được sử dụng làm chất hồ sợi trong công nghiệp dệt, dùng chế tạo chất ngọt mềm trong công nghiệp thực phẩm, dùng làm chất hồ dính các giấy đặc biệt trong công nghiệp giấy, dùng trong các hiệu giặt là để làm sạch quần áo, dùng làm nguyên liệu cơ bản để sản xuất các chất tẩy rửa ở dạng lỏng trong gia đình, dùng sản xuất giấy cứng dán tường. Cải biến bằng cách oxyhóa hoặc còn gọi là tinh bột bị oxyhóa (oxydized starch), được oxyhóa nhờ một số tác nhân oxyhóa như natrium hypochloride (NaOCl), calcium hypochloride, ammonium persulphate, kalium persulphate, hydroperoxyde, acid peracetic, kalium permanganate, perborate, v.v. Phản ứng được tiến hành trong dịch tinh bột huyền phù hoặc trong tinh bột nhão đã được hồ hóa. Tùy thuộc vào chủng loại của chất oxyhóa và tùy thuộc vào các điều kiện của phản ứng, nhóm carboxyl (-COOH) và nhóm carbonyl (-C=O) đã được gắn vào tinh bột, đồng thời xẩy ra sự giải trùng hợp hóa (depolymerization). Sự oxyhóa trong trường hợp này chỉ là một quá trình trong đó một nhân cải biến (modification reagent) sẽ gây ra hai biến đổi quan trọng về mặt hóa học (sự giải trùng hợp hóa + sự gắn các nhóm carboxyl vào tinh bột). Những tinh bột này được dùng trong các tác nhân kết dính trong công nghiệp giấy, hồ sợi trong công nghiệp dệt, dùng trong công nghiệp thực phẩm và dùng làm chất kết dính dán giấy bìa, giấy ốp tường, bìa cách âm trong công nghiệp vật liệu xây dựng. Tinh bột có liên kết ngang (cross linked starch) là kiểu cải biến thu nhận được từ hoạt động của các nhân 2 chức hoặc đa chức (polyfunctional reagents) có khả năng phản ứng với nhiều nhóm hydroxyl và ít nhất là 2 nhóm hydroxyl. bằng cách như vậy sẽ hình thành liên kết ngang 1 phân tử tinh bột này đến 1 phân tử tinh bột khác. Tinh bột này sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong gia vị của xúp, nước thịt, nước xốt, v.v., trong nghề làm bánh pudding và các loại thực phẩm khác có thịt nhồi, dùng làm chất hấp thụ của các đồ dùng vệ sinh của người, làm vật liệu hấp thụ các chất trao đổi ion, làm các tác nhân chống ngưng kết trong phim ảnh. Tinh bột cationic (cationic starch) là một loại ester tinh bột có thể điều chế theo phản ứng sau:
5. 145 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung NaOH + St-OH + CH2-CH-CH2-N (CH3)3Cl O Tinhbột+ammoniumchloride 2,3epoxypropinmethyl→ + - St-OCH2-CH-CH2-H (CH3)3 + 3Cl O- hydroxypropinmethyl tinh bột + ion chlore Loại tinh bột này dùng trong công nghiệp giấy, công nghiệp xây dựng, dệt, công nghiệp xử lí nước thải cũng như trong công nghiệp khai khoáng. Ester tinh bột (starch ester): acetate tinh bột hoặc tinh bột đã được acetate hóa (starch acetate, acetylated starch). Acetate tinh bột được điều chế theo phản ứng sau: O HC-C O NaOH St-OH + O St-O-C-CH3 + CH3COOH H3C-C O Tinh bột + aldehyde acetic NaOH acetate tinh bột + acid acetic Loại tinh bột cải biến này được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, dệt, giấy và dùng làm tác nhân hút ẩm trong các ngành công nghiệp khác nhau. Quay lại vấn đề nghiên cứu sirofructose, bởi vì nó là loại đường có ý nghĩa quan trọng trong những năm tới đây. Năm 1986, Usami ở trường Đại học Waseda đã tổng hợp được một chất gây vị ngọt mới, chất xylofructose. Loại đường đôi này được tổng hợp nhờ enzyme b- fructofuraloxydase của nấm Penicillum frequentem, enzyme này xúc tác thủy phân saccharose thành fructose và glucose, đồng thời đem một gốc xylose gắn với fructose. Hãng Lotte Inc. đã hợp tác để sản xuất xylofructose. Một loại đường ba cũng đã được tổng hợp từ fructose là galactozilfructose nhờ sử dụng enzyme của vi nấm Aspergillus spp. do hãng Meji Seaki Co. Lid. của Nhật Bản tiến hành. Theo một số chuyên gia siro (xi-rô) đặc nhiều đường fructose chế từ ngô (HFCS) sản xuất bằng đồng phân hóa enzyme glucose chế từ tinh bột ngô thủy phân sẽ thống trị trên thị trường chất ngọt nhiều calo tự nhiên trên thế giới thập kỉ 1990. Xi- rô này sẽ cung cấp 50% thị trường thế giới, trong khi đó các chất ngọt tổng hợp đóng góp khoảng 10%.
6. 146 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Ở các nước phát triển, tiêu thụ sirofructose đang dần dần thay thế đường saccharose. Thí dụ ở Mĩ, tiêu thụ đường saccharose đã giảm từ 91 pao/đầu người năm 1979 xuống 87 pao/năm 1980. Trong khi đó tiêu thụ sirofructose từ 15,4 pao lên 19 pao/đầu người cùng trong một giai đoạn đó. Năm 1987 tiêu thụ đường mía và sirofructose theo đầu người ở Mĩ là tương ứng 67 pao và 36 pao. Sự bành trướng thị trường sirofructose và sản xuất chất ngọt này là do tiền đề sau đây quyết định: - Các nước nhập khẩu đường phát triển mạnh, sản xuất sirofructose (isoglucose) hoặc triển khai các chất ngọt thay thế. - Công nghiệp tiêu thụ nhiều đưởng dạng lỏng, mặc dù tiêu thụ phụ thuộc vào từng ngành công nghiệp thực phẩm. - Giá đường cao, ảnh hưởng đến công nghiệp lẫn người tiêu thụ (trừ nhóm dân cư thu nhập thấp). - Các hệ thống chuyên chở và phân phối năng suất cao có thể đáp ứng nhu cầu tồn trữ và sử dụng xi-rô cũng như các phụ phẩm như dầu phôi ngô và thức ăn gia súc từ ngô. - Công nhân có trình độ cao, cung cấp đủ nước sạch, hóa chất, enzyme và năng lượng. - Có đủ vốn, vì để xây dựng xí nghiệp isoglucose đòi hỏi vốn đầu tư lớn. - Có dồi dào nguồn tinh bột rẻ tiền, hoặc nhập khẩu được nguyên liệu rẻ để sản xuất isoglucose mà không dùng được cho người và gia súc. Các tiền đề trên giải thích tại sao Mĩ sản xuất isoglucose phát triển mạnh, mà Mĩ một nước phải nhập khẩu rất nhiều đường, đồng thời sản xuất 46% tổng sản lượng ngô thế giới. Cũng như ở Nhật Bản, một nước nhập khẩu đường chủ yếu và nhập tới 99% ngô cho mình. Các nước Đông Âu và một số nước đang phát triển ngày càng quan tâm đến sản xuất isoglucose (Argentina, Australia). Ở Đông Nam Á (Malaysia, Pakistan, Hàn Quốc) và châu Mĩ Latinh (Brazil, Chilé, Mexico, Péru) đang xây dựng các xí nghiệp và thị trường mở ra nhanh chóng. Sản lượng isoglucose năm 1988 ở Mĩ là 4,2 triệu tấn, Canada: 300.000 tấn, Nhật Bản: 800.000 tấn, khối EEC: 1-2 triệu tấn, các nước đang phát triển: 500.000 tấn, các nước Đông Âu: 200.000 tấn. Nếu không kể EEC sản lượng isoglucose 6 triệu tấn của thế giới năm 1988 sẽ tương ứng với khả năng tối đa của thị trường. Chắc chắn phương pháp mới sẽ làm giảm giá thành sirofructose và tăng tốc độ thay thế đường.Việc bán xi-rô ở dạng khô ngày càng tăng sẽ cạnh tranh với đường sử dụng trong nội tại.
7. 147 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Chiều hướng này có ảnh hưởng quan trọng trên phạm vi thế giới, đặc biệt đối với nền kinh tế và cán cân ngoại thương của các nước sản xuất đường vốn đã bị thiệt thòi do giá đường giảm liên tục trên thị trường thế giới. 2.2. Công nghệ sản xuất protein nhờ vi sinh vật Có rất nhiều loại sản phẩm chế biến từ protein như thịt hộp, cá hộp, nước mắm ngắn ngày, răm bông, xúc xích, lạp xường, paté, các mặt hàng thủy sản lạnh đông, ở qui mô công nghiệp. Ở đây chúng tôi chỉ giới thiệu một vài sản phẩm tiêu biểu để làm ví dụ. Sản xuất protein đơn bào Việc nghiên cứu vi sinh vật ở qui mô lớn để làm ra nguồn protein cung cấp cho con người và gia súc, gia cầm được coi là một biện pháp giải quyết nạn khan hiếm thức ăn ở Đức trong đại chiến thế giới lần thứ nhât. Tại Berlin, Delbruck cùng các đồng sự của mình đã lần đầu tiên tổ chức nuôi cấy lớn nấm men bia Saccharmyces cerevisiae. Sinh khối nấm men này được dùng chủ yếu để bổ sung vào xúp và xúc xích. Các nấm men thực phẩm (Candida arborea, Candida utilis) một lần nữa đã góp phần quan trọng vào việc bổ sung thực phẩm hằng ngày của người Đức trong đại chiến thế giới lần thứ hai. (Theo Tạp chí Scientific American, 1981). Hiện nay, nấm men được sản xuất như một phụ phẩm của công nghiệp bia, hoặc được nuôi trên nhũ nhanh (Lactoserum) một phụ phẩm của ngành sản xuất fromage. Sinh khối nấm men cũng dùng làm thức ăn cho lợn con để cung cấp loại acid amin không thay thế được là lysine. Trong những năm 1960, thuật ngữ “protein đơn bào” (SCP: single cell protein) lần đầu tiên được dùng để chỉ các protein vi sinh vật sản xuất bằng cách nuôi cấy lớn nấm men hoặc vi khuẩn đã được dùng để làm thức ăn cho người và gia súc, gia cầm. Cơ chất dùng cho việc sản xuất protein đơn bào là hydrocarbon dầu mỏ, rỉ đường. Bã thải của các nhà máy bột giấy để nuôi sống các nấm men Saccharomyces, Candida, Mycoprotein, (protein nấm ví dụ: Fusarium gramineum), các loại tảo đơn bào: Chlorella, Scenedesmus, Spirulina, Sản xuất protein từ parafin dầu mỏ Mùa hè năm 1913, giáo sư E.E. Uspenski trường Đại học Tổng hợp Moskva tiến hành nghiên cứu cây tầm ma (Urtica) và cây mộc tặc (Equiserum) mọc trên than và trên nước. Ông thấy đôi khi trên thành chậu làm bằng parafin, hay tráng parafin xuất hiện khuẩn ti nấm mốc và một lớp váng vi khuẩn. Uspenski đã cấy các vi sinh vật này và xác định được “lai lịch” của nó. Đó là Aspergillus flavus. Cuối năm 1922, học trò của ông là V.O.Tauson nghiên cứu điều kiện phát triển của nấm trên parafin và sinh lí học của quá trình oxyhóa này. Năm 1925, luận án tốt nghiệp của
8. 148 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung nhà khoa học trẻ tuổi này “Sự đồng hóa parafin bởi vi sinh vật” đã bảo vệ thành công xuất sắc. Lúc đó cũng là lúc xuất hiện các thông báo của Rahn, Tausz, Sohngen và Vaner về những trường hợp oxyhóa parafin bởi vi sinh vật mà họ đã quan sát thấy. Trước đó, năm 1695, Miyoshi đã phát hiện được khả năng như thế ở nấm, nhưng hồi đó các công trình của các nhà bác học trên thế giới hoàn toàn không xem xét tới vai trò của vi sinh vật trong việc phân giải hydrocarbon trong tự nhiên cũng như nghiên cứu rất ít về sinh lí học của các vi sinh vật này. Tauson đã chứng minh rằng, parafin có thể dùng làm nguồn dinh dưỡng carbon duy nhất cho một nhóm lớn các sinh vật. Các nghiên cứu được đặc biệt chú ý khi có sự đe dọa gay gắt đối với nhân loại về nạn đói protein. Các tổ chức nghiên cứu khoa học của Pháp, Anh, Italia, Nhật Bản và Mĩ bắt đầu đẩy mạnh việc nghiên cứu vấn đề thu nhận protein từ dầu mỏ. Hãng dầu mỏ Bistish Petroleum (BP) của Anh từ kết quả nghiên cứu của Champagnat tại La Viera (Pháp) đã quan tâm đến việc sản xuất sinh khối vi sinh vật trên hydrocarbon từ cuối những năm 1950. Dự án ban đầu ngoài việc sản xuất protein còn nhằm mục đích khử sáp cho dầu mỏ. Dầu thô ở La Veria chứa từ 10-15% parafin. Chất này được những loài nấm men Yarrowia (Candida) chuyển hóa từ các nồi lên men được bổ + sung ammoniac (NH4 + NH3) để cung cấp N2 và để giữ độ pH thích hợp cho môi trường không khử trùng (Candida lipolytica lần đầu tiên được tách từ bơ thực vật ở Hòa Lan năm 1928 được gọi là Torula lipolytica sau đó đổi thành Saccharomycopsis và đến nay lại đổi Yarrowia lipolytica. Nấm men này oxyhóa được hydrocarbon thành acid béo nhờ enzyme hydroxylase. Các acid béo sẽ được phân hủy tiếp thành acetylCoA rồi được chuyển thành sinh khối nấm men). Sau giai đoạn sinh trưởng mạnh mẽ nấm men được tách ra và phần dầu còn lại được chuyển đi, phần lipid chiếm đến 10% của sinh khối. Đầu năm 1970, nhiều nhóm hóa học và công nghiệp dầu mỏ, chủ yếu là ở châu Âu và Nhật Bản đã quan tâm đến việc xây dựng các qui trình công nghệ và xây dựng các nhà máy nhằm sản xuất ra protein đơn bào của nấm men hay của vi khuẩn từ cơ chất là hydrocarbon, methan, hay methanol. Nhà máy có qui mô lớn đầu tiên của hãng BP ra đời ở Sarroch (vùng Sardinia) vào cuối năm 1975, sản xuất nấm men từ n-parafin với công suất 100.000 tấn/năm. Một nhà máy khác của BP ở Grangemouth (thuộc Scotland) với những nồi lên men có khấy trộn chứa môi trường có n-parafin thuần khiết. Sản lượng protein đơn bào là 4.000 tấn/năm. Công ti Liquichimica ở Italia cũng đã xây dựng nhà máy sản xuất từ n-parafin ra
9. 149 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung protein nấm men, acid amin, acid béo và acid citric (qui trình của Nhật Bản) công suất năm 1980 là 200.000 tấn protein. Ở Rumanie tại vùng Curtea de Arges đã xây dựng một nhà máy sản xuất protein đơn bào theo qui trình của công ti Dainippon Ink. & Chemical (Tokyo). Nấm men được dùng là Candida parafinica cho phát triển trên 4 nồi lên men hình tháp có sục khí dung tích 1.260 m3. Cơ chất lên men là parafin. Không khí sau khi được nén và lọc sẽ được đưa vào nồi lên men để sục khí và làm phân tán parafin. Sản lượng 60.000 tấn/năm (giá thành 1000 USD/tấn protein đơn bào với tên thương phẩm Romiprot). Sản xuất protein từ methanol Sản lượng khí tự nhiên to lớn ở Bắc Hải cũng đã làm công ti Shell International Petroleum quan tâm đến việc dùng nguyên liệu này để làm cơ chất cho việc sản xuất protein. Khí thiên nhiên ở Bắc Hải gần như là khí methan tinh chất. Chúng được dùng để tổng hợp ammonium trong ngành hóa dầu. Để đề phòng sự bốc cháy của methan người ta đã oxyhóa thành methanol nhờ phương pháp hóa học. Việc sản xuất protein từ methanol là phương pháp được sử dụng trong các nhà máy của công ti Hocchst AG ở Cộng hòa Liên bang Đức và của công ti ICI (Imperial Chemical Industrics Lid.) ở Anh. Phương pháp này cũng đã được viện Nghiên cứu Khoa học Kowait tiếp nhận và một nhà máy sản xuất thử sinh khối nấm men đã được triển khai năm 1982. Nhóm công ti ICI tham gia sản xuất protein từ năm 1968. Năm 1980, xây dựng một nhà máy ở Billigham (Anh) và cạnh tranh với đậu tương bằng cách nâng cao hiệu suất chuyển hóa methanol thành protein. Chủng vi khuẩn được sử dụng – Methylophilus methyloropus ASI – có khả năng đồng hóa ammonium từ dịch nuôi cấy bằng cách chuyển hóa nó thành acid glutamic nhờ enzyme glutaminsynthetase (GS) và enzyme glutamatesynthetase (COGAT). Việc đồng hóa ammonium ở bước xúc tác nhờ GS cần có năng lượng ở dạng ATP. ATP được sinh ra khi oxyhóa methanol thành CO2 và việc này làm tiêu hóa quá nhiều carbon. Ở một số vi khuẩn khác kể cả E. coli, có một cách tổng hợp acid glutamic rất quen thuộc đòi hỏi ít năng lượng hơn và phụ thuộc vào một enzyme khác – glutamate dehydrogenase (GDH). Người ta đã tách được một chủng đột biến của vi khuẩn ASI không đồng hóa ammonium vì thiếu enzyme COGAT. Mặc khác, các gene mã hóa việc tổng hợp GDH của E. coli đã được gắn vào một plasmid và chuyển vào tế bào của ASI. Vì vậy, có thể đồng hóa ammonium mà chi phí năng lượng thấp hơn. Cuối năm 1983, công ti ICI hợp tác với Liên Xô xây dựng một nhà máy sản xuất protein công suất 100.000 tấn/năm và cần cung cấp một năm 200.000 tấn methanol.
10. 150 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Nhiều công ti khác trên thế giới ở qui mô nhỏ hơn cũng đã tiến hành sản xuất protein bằng phương pháp methanol này. Sản xuất protein bằng các cơ chất khác Đầu năm 1960, trong việc sản xuất protein từ hydrocarbon còn có các nhà máy lên men được xây dựng để sản xuất sinh khối vi sinh vật từ rỉ đường và từ bã thải của các nhà máy giấy. Rỉ đường mía hay rỉ đường củ cải là chất dịch chứa 50-60% phân tử hydrate carbon nhỏ bé, có thể lên men nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae hay Candida/Torula utilis. Dịch thải của nhà máy bột giấy cũng chứa một nồng độ thấp các đường có thể lên men bằng nấm men. Nhiều nhà máy lên men được xây dựng ở Mĩ và các nước Bắc Âu, dùng dịch thải của bột giấy để sản xuất protein, nhờ đó mà giảm việc làm ô nhiễm sông ngòi bởi dịch thải này. Loại nấm men phát triển trên dịch kiềm sulphite (Candida utilis) là loại nấm men thực phẩm được dùng để làm chất điều vị cho thức ăn và xúp. Để chống ô nhiễm môi trường do sản xuất bột giấy và tăng lượng protein, nhiều công ti Envirocon Lid., Vancouver, Cellulose Attisholz (Thụy Sĩ), United Paper Mill’s Jamsankoski, công ti Giấy và Bột giấy G.A. Serlachius Oy (Phần Lan) đã tiến hành sản xuất protein dùng trong chăn nuôi. Về sản xuất protein từ rỉ đường thì Cuba đã sản xuất nấm men gia súc (Candida utilis) từ rỉ đường của nhà máy đường và từ hỗn hợp giữa rỉ đường và bã rượu. Năm 1986 có tới 11 nhà máy sản xuất protein hoạt động ở Cuba và 2 nhà máy khác sản xuất men bánh mì. Bảy trong số các nhà máy này do công ti SPEICHIM của Pháp thiết kế, các nồi lên men với quá trình sục khí. Bốn nhà máy còn lại do các công ti Áo thiết kế. Tổng công suất hàng năm là 130.000 tấn, sản lượng thực tế là 90-100.000 tấn sinh khối/năm. Sinh khối này chủ yếu dùng trong chăn nuôi. Ngoài việc dùng nấm men để lên men, ở Billigham (Anh) đã dùng loại nấm sợi Fusarium gramineum để sản xuất trong giai đoạn đầu (1.000 tấn protein/năm). Loại mycoprotein này được công ti Rank Hovis Mc. Drgall của Anh bán ra thị trường qua chi nhánh New Era Food (do công ti này và công ti ICI lập ra). Sử dụng mycoprotein đã được phép dùng vào thực phẩm cho người vì protein chiếm 44% trọng lượng khô, saccharide: 19%, cellulose: 18% và lipid: 14%. Từ năm 1975, Azoulay đã giúp cho hãng Adour Entreprise (tây nam nước Pháp) phân lập một chủng nấm men Candida tropicalis có thể lên men trực tiếp sắn mà không cần quá trình thủy phân ban đầu. Cứ 2 kg bột Sắn khô thì được 1 kg sinh khối nấm men (hay 7 kg sắn tười được 1 kg sinh khối). Bột nấm men sấy khô >100oC để phân hủy acid hydrocyanic có trong sắn (Manihot esculenta) chuyển thành
11. 151 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung ammonium và acid formic. (các loại sắn khác như M. aipi không có hydrocyanic nếu không cần xử lí để loại bỏ độc tính của chúng). Ấn Độ, Thái Lan cũng sản xuất và xuất khẩu sinh khối nấm men từ Sắn. Ở Ecuador và Colombia cũng sản xuất sinh khối nấm men từ chuối kém phẩm chất, không xuất khẩu được, đã bán hàng năm 1 triệu dollards Mĩ. Chế biến chất ngọt tự nhiên Sản xuất các chất ngọt tự nhiên bằng nuôi cấy mô và tế bào thực vật cũng như các chất ngọt không phải đường băng phương pháp CNSH khác có thể làm xấu đi tình trạng của đường mía và củ cải đường trên thị trường quốc tế. Giá đường bắt đầu hạ từ năm 1985 do lượng tiêu thụ ở các nước công nghiệp giảm nhanh, do các nước xuất khẩu sản xuất quá nhiều và do cạnh tranh ngày càng tăng của siroffructose (isoglucose) và các chất ngọt bán tổng hợp (aspartam) hoặc chất ngọt nhân tạo (acesulfam K). Theo tài liệu của Wolkstein nhan đề “Đường trước sự tấn công tiếp của fructose, polysaccharide và các chất ngọt khác” xuất bản năm 1986 tại Mĩ. Trong vòng 15 năm, kể từ năm 1987 về trước, tối thiểu có 8 chất gây vị ngọt đang được nghiên cứu và được tung ra thị trường. Chính tài liệu đó đã kết luận: thị trường Mĩ sẽ đạt mức 154,3 tỉ bảng Anh (pao) chất ngọt qui chuẩn ra đường và vào năm 1990 với sự phân bổ như sau: các chất ngọt có calo sẽ giảm từ 129,8 xuống 124 tỉ pao qui ra đường và 109,6 tỉ pao vào năm 2005. Còn các chất ngọt ít calo hoặc không calo sẽ tăng từ 17 đến 30,5 tỉ pao vào năm 1990 và 45,3 tỉ pao vào năm 2005. Dự báo này cho thấy rõ tỉ lệ quan trọng của các chất ngọt ít calo (xem Nothias J.K., 1987). Các chất ngọt ít calo gồm nhiều chất có nguồn gốc khác nhau, tự nhiên hoặc nhân tạo. Chất ngọt tự nhiên được ưa chuộng hơn vì được gắn nhãn “tự nhiên” và vì vậy được dùng nhiều hơn trong thực phẩm. Thị trường chứa thực phẩm và nước uống ít calo đang tăng lên nhanh chóng: 2,5 tỉ USD doanh số năm 1982 và 41,2 ti USD năm 1990. Nhu cầu tăng nhanh này lại đi kèm theo bởi sự chú ý nhiều hơn của người tiêu dùng đến thành phần thực phẩm. Vì vậy các chất ngọt tự nhiên được ưa thích hơn. Cần ghi nhận rằng, các công ti thực phẩm, hóa chất và hóa dược được đa quốc gia ngày càng tham gia nhiều đến sự phát triển các chất có vị ngọt mới như Tate và Lyle (Anh), E.I. Du pont de Nemours, Monsanto, Pfiser (năm 1986 đã xin được giấy phép bán một chất ngọt tổng hợp mới tên là alitam ở Mĩ) và một số công ti lớn ở Nhật Bản.
12. 152 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Tạp chí Mĩ “Bioprocessing Technology” số tháng 8 năm 1986 cũng đã tổng kết về các chất ngọt có nguồn gốc thực vật tự nhiên gồm một số loại chất khác nhau. Trong năm 1970, tập đoàn Tate và Lyle chế biến đường và thực phẩm của Anh đã xây dựng ở Gana, Liberia, Malaysia các đồn điền trồng cây Thaumatococcus danielli (họ Narantaceae) tìm trong rừng ẩm Tây và Nam Phi, có quả chùm màu đỏ rất ngọt, chứa một protein ngọt là thaumatin. Hãng này sau đó nghiên cứu sản xuất thaumatin bằng phương pháp CNSH (Kenney M.J., et al., 1983). Gene mã hóa thaumatin đã được nhân dùng trong vi khuẩn E. coli bởi các nhà nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Unilever (Colworth, Anh) và các nhà khoa học trường Đại học Kent đã truyền vào cây thuốc lá. Gene mã hóa cho thaumatin cũng có thể truyền vào các cây trồng thực phẩm để tăng mùi vị sản phẩm. Các nhà khoa học ở INGENE (International Genetic Engineering) Santa Monica, California đã nghiên cứu nhân dòng và đưa gene này vào tế bào nấm men (Saccharomyces cerevisiae). Bằng cách đó, có thể tạo thành thaumatin nhờ nuôi nấm men trên qui mô lớn, sau đó, “phục chế” phân tử protein (phục hồi 8 cầu nối disulphite tạo điều kiện cho protein có được cấu trúc và tính chất tự nhiên của nó). Công trình này được hãng Beatrice US Food Corporation tài trợ từ năm 1982 mỗi năm 1 triệu USD và riêng năm 1986 là 1,8 triệu USD; công ti này được độc quyền bán sản phẩm làm ra trong khi công ti INGENE dự kiến sẽ thu được 25 triệu USD tiền bán bản quyền (theo Biofutur số 54 tháng 2 năm 1987 trang 13). Thaumatin có độ ngọt gấp 2.000-2.500 lần đường saccharose (so cùng trọng lượng) với giá trị 16.500 USD/kg năm 1984. Vị ngọt của thaumatin lên chậm và giữ được lâu. Nó còn có tác dụng tăng vị một số chất như bạc hà cay. Đặc điểm này tạo thuận lợi cho thaumatin được sử dụng làm kẹo cao su và trong công nghiệp dược. Năm 1987, thaumatin được bán ở Áo, Thụy sĩ, Nhật Bản và Anh, trong khi đó ở Mĩ nó đang được xem xét độc tính trước khi cho phép bán. Các nước khác cũng đang trong quá trình cho phép buôn bán thaumatin như là chất ngọt. Monellin là một protein ngọt khác chiết tách từ trái cây leo Doscoreophyllum cumminsii (họ Menispenneaceae) tìm thấy ở vùng nhiệt đới ẩm Tây và Trung Phi. Thaumatin và monellin là 2 loại protein ngọt đặc biệt, ngọt gấp 100.000 lần đường nếu tính theo phân tử lượng và gấp vài nghìn lần nếu tính theo trọng lượng. Người ta đã chứng minh rằng, hình thể nguyên gốc là rất quan trọng đối với vị ngọt mặc dù cả hai loại protein đều rất ngọt, song giữa chúng không những giống nhau đáng kể qua thống kê trình tự acid amin của chúng. Mặc dù không giống nhau về trình tự nhưng các kháng thể của thaumatin vẫn giành giật monellin, song
13. 153 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung lại không giành giật loại monellin không ngọt đã bị cải biến hóa học và ngược lại (xem Ogata C. et al., 1987). Để tìm hiểu cơ sở cấu trúc của các quan sát trên, Ogata và ctv ở khoa Hóa trường Đại học Tổng hợp California, Berkeley đã xác định cấu trúc của monellin ở độ phân giải 3Ao, sau khi đã thông báo cấu trúc tinh thể của thaumatin năm 1985 (Ogata et al., 1987). Monellin gồm 2 chuỗi peptid, chuỗi A gồm 44 gốc và chuỗi B gồm 50 gốc. Khung cấu trúc tổng thể của monellin và thaumatin không có gì giống nhau đáng kể cả. Các protein này chỉ có 2 khu vực nhỏ (cả hai đều là tripeptid) nằm trong vùng nút mở, là giống nhau về trình tự acid amin. Các nghiên cứu sinh hóa và miễn dịch cũng được tiến hành nhằm xác định các khu vực có thể là chịu trách nhiệm về phản ứng kháng thể giao chéo và liên kết thụ cảm vị ngọt. Chế biến cá thịt hôp, xúc xích, giò, lạp xưởng, nem chua Thịt được chứa các hộp kín và thanh trùng ở nhiệt độ cao (115- 121oC khoảng 40-69 phút tùy từng loại thịt và số lượng tạp khuẩn trên thịt) Thịt đóng hộp phải là loại thịt tốt từ gia súc, gia cầm khỏe, thịt còn tươi, chưa có dấu hiệu hư hỏng. Trước khi thanh trùng cần phải kiểm tra vi sinh vật có trong thịt ttheo 2 tiêu chuẩn: tổng số vi khuẩn và bào tử các vi khuẩn hiếu khí ưa nhiệt. Trong quá trình thanh trùng, hầu như các vi sinh vật gây bệnh chết hoàn toàn. Các vi sinh vật phá hủy thịt chết phần lớn. Các bào tử của vi khuẩn Bac. subtilis, Bac. mesentericus, Cl. botulinum có thể vẫn còn sống. Trong hộp thịt, bào tử Cl. botulinum có thể phát triển sinh ra độc tố gây ngộ độc thịt. Trong thịt có nhiều mỡ, tế bào vi sinh vật trong môi trường mỡ bền với nhiệt. Cho nên, chế độ thanh trùng cần phải chú ý. Xúc xích, giò, lạp xưởng. các sản phẩm này là thực phẩm ăn trực tiếp không cần qua đun nấu lại. Vì vậy, yêu cầu vệ sinh nguyên liệu thịt phải cao, thịt loại tốt, tươi. Cũng cần chú ý đến chất lượng nguyên liệu phụ như bột, muối ăn, diêm tiêu (KNO3), gia vị. Thịt đã loại bỏ gân, xương, cho vào xay mịn rồi trộn muối ở nhiệt độ thấp trong khoảng thời gian tùy theo phương pháp chế biến. Ngoài muối còn cho thêm diêm tiêu để giữ màu thịt, thêm đường cho mềm thịt, thêm gia vị (làm lạp xưởng thì thêm húng lìu). Sản phẩm được luộc chín. Bảo quản thường hoặc bảo quản lạnh. Sản phẩm có thể sấy khô hoặc xông khói. Trong vi khuẩn có những chủng làm hoàn thiện màu sắc cho xúc xích. Một số nước dùng vi khuẩn dạng thanh khiết cho vào xúc xích: Pediococcus cerevisiae, Micrococcus T.53, L. platarum, M. aquatilis, M. auranticus, Str. Lactis, Micrococcus spp. Xúc xích, lạp xưởng, giăm bông, giò, chả, có một lượng nước
14. 154 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung không lớn (30-40%), có vỏ bọc, có các chất ức chế vi khuẩn (muối, diêm tiêu, gia vị, các chất trong khói) nên có thể bảo quản được một thời gian. Nem chua. Tùy theo tập quán của mỗi nước, mỗi vùng mà cách làm có khác nhau. Ví dụ tôm chua Longanisa của Philippine bao gồm thịt nạc 70%, mỡ thái nhỏ 30%, muối 2% so với tổng số thịt, đường tinh 2%, giấm 2%, rượu vang 2%, hạt tiêu đen 0,6%, tỏi giã nhỏ 0,6%, potassium nitrate 0,05%, hỗn hợp phosphate 0,15%. Vi khuẩn lên men lactic tự nhiên có mặt trong nguyên liệu ban đầu. Ướp 2-3 ngày trong tủ lạnh, lấy ra để nguội cho lên men ở nhiệt độ 30-35oC trong 12-24 giờ, đem dùng. Lên men tôm, cá và các loại thủy sản khác Cá tôm muối Cá , tôm muối là sản phẩm khá phổ biến. Phương pháp muối tôm, cá để bảo quản được dùng từ thời cổ xưa. Dung dịch muối có khả năng tạo thành áp suất thẩm thấu cao. Dung dịch muối 10-20% có áp suất thẩm thấu 200 atm. Tế bào nguyên liệu cũng như vi sinh vật bị co nguyên sinh làm cho vi sinh vật hoặc ngừng hoạt động. Các quá trình biến đổi các chất không thực hiện được chức năng bình thường. Vì vậy một số vi sinh vật gây hại không hoạt động được. Trong quá trình muối tôm, cá có thể xảy ra những biến đổi hóa sinh liên quan đến tác dụng của protease và oxyhóa- khử cũng như sự hoạt động của vi sinh vật có trong tôm cá. Thịt của một số cá muối trở nên mềm, tươi ngon và có mùi vị thơm dịu. Vì vậy, tôm cá muối đã “chín” và có thể ăn trực tiếp không cần phải qua nấu nướng. Gần đây một số nước đã bảo quản cá ở dạng đóng bánh. Nguyên liệu đem xay nhỏ và bóp muối. Sau đó đem ép rồi phơi hoặc sấy khô. Sản phẩm gĩư được dài ngày cả trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Trước khi nấu, đem ngâm vào nước nóng để giảm độ mặn. Các nước Đông Nam châu Á dùng tôm, cá muối khá phổ biến như tôm muối thính Balao Balao (Philippine), tôm muối Kung Chom (Thái Lan), Tôm muối Saeoojeot (Triều Tiên), mắm cá thu Burong (Philippines), trai muối hoi Malangpu Dong (Thái Lan), tôm chua Huế, mắm nêm, cá mắm các loại, nước mắm (sản xuất khắp cả nước trong đó có những vùng làm nước mắm truyền thống trở thành những món hàng đặc sản như nước mắm Phan Thiết, nước mắm Phú Quốc, v.v.). 2.3. Sản phẩm từ rau quả Để giảm bớt sự thất thoát các sản phẩm rau quả, hiện nay người ta cũng ứng dụng nhiều hình thức chế biến khác nhau như sản xuất các loại rau quả hộp, sấy khô quả ở qui mô lớn và hiện đại, lạnh đông rau quả, muối, lên men rau quả rồi đóng hộp. Sau đây là một vài ví dụ về việc chế biến rau quả
15. 155 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Bảo quản và chế biến rau quả bằng phương pháp lạnh và lạnh đông Phương pháp lạnh đông rau quả được bảo quản ở 0oC sẽ kìm hãm quá trình sinh lí, sinh hóa và hoạt động của vi sinh vật, đồng thời làm tăng hương vị cho rau quả. Thông thường người ta bảo quản rau quả trong kho lạnh từ 2 đến –2oC. Cũng tùy theo phẩm chất của sản phẩm mà nhiệt độ bảo quản có khác nhau. Tùy theo mức độ xử lí nguyên liệu cả cách phối chế, rau quả lạnh đông có các dạng sau: + Rau tự nhiên lạnh đông + Rau rót nước muối lạnh đông +Quả tự nhiên lạnh đông + Quả trộn nước đường lạnh đông +Nước rau quả lạnh đông +Rau quả nghiền lạnh đông. Sau đây là một vài qui trình lạnh đông rau quả. Qui trình lạnh đông chuối Chuối già 95-98% → Giấm chín → Cắt rời từng trái → Ngâm, rửa, sát trùng ↓ Ngâm tẩm chống oxyhóa ← Cắt khúc, cắt đầu ← Bóc vỏ ← Để ráo nước ↓ Để ráo dung dịch ngâm tẩm → Cân, cho vào túi →Làm lạnh đông ở -35-40oC ↓ Đóng kiện ← Bảo quản ở ≤ 18oC Qui trình lạnh đông cà chua Cà chua chín 60-80% → Chọn, rửa, sát trùng → Rút cuống ↓ Cân, vào tí, dán túi ←Chảy, ráo nước ←Rửa lại bằng thuốc sát trùng ↓ Làm lạnh đông nhanh ở -35 đến –40oC → Đóng kiện → Bảo quản ở ≤-18oC
16. 156 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Qui trình lạnh đông hỗn hợp rau BẮP CẢI SÚP LƠ CÀ RỐT HÀNH ↓ ↓ ↓ ↓ Chọn Chọn Chọn Chọn ↓ ↓ ↓ ↓ Rửa,sát trùng Rửa,sát trùng Rửa,sát trùng Bóc vỏ ngoài ↓ ↓ ↓ ↓ Thái sợi Cắt thành mảnh nhỏ Cạo sạch vỏ Rửa ↓ ↓ ↓ ↓ Chần Chần Rửa sạch Thái sợi nhỏ ngang ↓ Tạo hình (lát tròn bầu dục, sợi, lát hoa, hạt đậu) ↓ ↓ Chần Chần ↓ ↓ ↓ Phối trộn các công thức khác nhau (kể cả thêm gia vị) ↓ Cân ↓ Đóng túi, dán miệng túi ↓ Làm lạnh đông nhanh ở -15 đến –40oC ↓ Đóng kiên ↓ Bảo quản ở ≤-18oC 2.4. Chế biến thực phẩm chuyển gene Đã từ hàng nghìn năm qua, loài người biến đổi di truyền cây trồng như giữ giống tốt từ vụ trước qua vụ sau; cây cà chua dại thành cây cà chua hiện nay; cây ngô dại bắp trần dài 2,5 cm thành quả có bao dài 30 cm. Hàng trăm giống mới được tạo ra bằng chiếu xạ hoặc dùng hóa chất gây đột biến. Một trong những biện pháp hiện nay là kĩ thuật nuôi cấy mô và tế bào, tạo phôi soma, hạt nhân tạo, tạo dòng soma trong nuôi cấy mô và tế bào, protoplast, đặc biệt sử dụng công nghệ gene trong tái tổ hợp DNA.
17. 157 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Có nhiều giống cây mới được tạo ra theo ý muốn của con người, như tạo ra cây vừa ăn quả, vừa ăn củ (quả cà chua và củ cà rốt hoặc cà cua khoai tây trong cùng một cây, một chùm quả nho ở giữa có quả cà chua xen vào mà quả cà chua này lại ít thối hỏng, v.v.), cây ngô chuyển gene chóng sâu hại v.v ↑ Ngô chuyển gene kháng sâu hại ← Cây khoai-cà (Pomato) Hình VII. Cây trồng thực phẩm chuyển gene Hoặc trong hạt nhân tạo, người ta đã đưa vào vỏ hạt các loài vi khuẩn cố định N2, khi cây trưởng thành, vi khuẩn này sẽ lấy N2 từ không khí để cung cấp phân đạm cho cây đó. Cũng bằng cách tương tự, người ta đưa một số thuốc trừ sâu hoặc trừ cỏ dại vào vỏ hạt nhân tạo để bảo vệ cho cây khỏi bị sâu và cỏ dại phá hoại. Hạt nhân tạo cũng dễ dàng nạp các gene lạ vào nhằm tạo ra các giống mới có đặc tính mong muốn. Về chuyển nạp gene, trên thế giới cũng đã có nhiều thành tựu. Riêng ở Việt Nam, viện Công nghệ Sinh học, viện Sinh học Nhiệt đới thành phố Hồ Chí Minh thuộc viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, viện Di truyền Nông nghiệp TW, viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long thuộc bộ NN&PTNT đã chuyển nạp gene chống chịu rầy nâu vào cây lúa bằng súng bắn gene và cả phương pháp gián tiếp bằng plasmid Agrobacter tumefaciens cũng đạt kết quả. Nhiều công trình nghiên cứu chống chịu sâu bệnh, bảo vệ cây trồng như dùng vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) là loài có khả năng sản sinh ra protein chống côn trùng. Người ta cũng đã đưa gene vào để tạo enzyme làm thoái hóa thành phần tiền chất hình thành ethylen, như vậy sẽ làm chậm sự chín và hư hỏng. (Công trình của Kishore và Harry Klee ở
18. 158 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung Monsanto). Các nhà khoa học Mĩ cấy vào cây một gene vi khuẩn sản sinh ra một chất chitinase tiêu diệt tế bào nấm (cấy vào cà chua, khoai tây, rau diếp và các giống cây tương tự nhưng chưa làm được với lúa, lúa mì, ngô và các cây có hạt khác). Bên cạnh việc nâng cao năng suất cây trồng, người ta cũng đã nâng cao phẩm chất của chúng bằng cách đưa gene tạo enzyme mới như G. Glili đã dùng vi khuẩn E. coli để chiết xuất lấy gene mã hóa loại enzyme tổng hợp lysine, sau đó đưa vào khoai tây và thuốc lá làm cho hàm lượng lysine trong khoai tây ở củ tăng 5 lần, ở lá tăng 4 lần và ở thân tăng 3 lần. Người ta cúng đã đưa 9 acid amin khác vào khoai tây làm cho chất lượng khoai tây trở nên quí giá. Giữa thập kỉ 90 của thế kỉ trước, ở Brazil, công ti Sinh học đưa dự án ghép một gene của lạc cho đậu tương nhằm làm giàu đạm cho đậu tương, đã bị bỏ vì đậu tương này gây dị ứng cho người. Như vậy, giữa những năm 1990, công nghệ gene bắt đầu đưa vào hơn 50 sản phẩm mới được ứng dụng ở 13 nước với diện tích 52,6 triệu ha năm 2001, tăng 50 lần so với năm 1996. Trong đó nhiều nhất là đậu tương 34,9 triệu ha, bằng 64% diện tích đậu tương thế giới, ngô 6,1 triệu ha và 3,3 triệu ha cây cải dầu. Người ta đã ra được hơn 10 giống cây trồng mang gene mới. Đến năm 2004 đã có đến 81 triệu ha trồng cây chuyển gene ở 17 quốc gia và dự tính vào năm 2010 diện tích trồng cây chuyển gene sẽ tăng lên đến 150 triệu ha với khoảng 15 triệu người trồng tại 30 nước trên thế giới. Về vật nuôi cũng đã có nhiều thành tựu. Ví dụ như tiêm DNA vào trứng để chuyển đổi gene MT-hGH phát triển thành blastocyste, cấy nửa noãn bào vào gia súc để tạo ra những con sinh đôi, dùng hormone tăng trưởng tái tổ hợp gene của bò để tăng sinh lí sữa (ở Mĩ làm tăng 15% hàm lượng sữa trong bò), tạo bê đực và bê cái theo ý muốn, v.v. Bằng kĩ thuật lên men, Elizabeth Stiton, Danny Lactaire đưa gene sản sinh vi khuẩn lên men vào hệ di truyền con bò sữa, chuyển gene di truyền của bò sữa thành bò cho yaourt. Vấn đề đang tranh cãi hiện nay là sản phẩm chuyển gene có được an toàn thực phẩm hay không? Đã có nhiều tranh luận về vấn đề GMO (Geneticaly midified organisms – có nghĩa là có gene cải biến hay chuyển gene). Có người cho rằng, sản phẩm chuyển gene hiện nay như gene ngô BT, đậu tương BT, dầu cải BT là những sản phẩm kì diệu, kết quả của công nghệ gene. Điều này rất đáng hoan nghênh. Hàng triệu nhân dân Mĩ đang ăn loại sản phẩm này, nhưng châu Âu và nhiều nước khác lại tẩy chay. Đây là một nghịch lí không thể giải thích được Có người cho rằng, những nước phản đối đều có lí do của họ. Nếu như đồng ý với ý kiến phản đối như vậy, đã ai đảm bảo là sản phẩm này không độc hại cho sức khỏe
19. 159 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung cả con người? Có người lại nói: công ti Công nghệ Sinh học có tầm cỡ nhất của thế giới Monsanto đã nêu lên tình trạng bùng nổ dân số trên thế giới trong thế kỉ tới, đòi hỏi diện tích nông nghiệp hiện nay là 1,5 tỉ ha phải tăng lên 2,8 tỉ ha. Nhưng đó chưa phải là biện pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề lương thực cho loài người. Chỉ có dựa vào một nền nông nghiệp áp dụng các giống chuyển gene mới có thể nuôi sống được 10-12 tỉ người, lại tiêu hao ít năng lượng và chống được ô nhiễm môi trường. Người khác lại nói: hiện nay ở Mĩ, các sản phẩm chuyển gene hầu hết do công ti tư nhân sản xuất ra, họ cấp tiền cho các viện nghiên cứu, các trường đại học nghiên cứu đề tài cho họ. Các công ti đều chạy theo lợi nhuận. Họ tuyên truyền rùm beng, đã chắc gì tất cả sản phẩm đều phục vụ lợi ích lâu dài cho con người? Lại ý kiến trả lời: hãy cứ nói đến lợi ích cho nhà nông. Các sản phẩm có gene vi sinh vật BT có thể chống được sâu bệnh, nhà nông không phải dùng nhiều thuốc hóa học để phòng trừ, tiết kiệm được chi phí, chống ô nhiễm sản phẩm, chống ô nhiễm đất, nước và không khí. Ý kiến chống lại: nhưng chính gene đó lại tạo ra độc hại cho sản phẩm thì sao? Đã có gì chứng minh là về lâu về dài biến đổi an toàn cho người? Mới đây tàu chở đậu tương từ Mĩ đã bị dân Anh tẩy chay đấy v.v. và v.v. Đúng là còn quá nhiều tranh cãi. Về chuyên đề “Ẩm thực thời chuyển gene”, trong Tạp chí Thế giới mới, Thiếu Lâm đã viết bài “Thực phẩm chuyển gene - Thị trường không ai kiểm soát” trong trích dẫn đầu tiên đã viết: Sau khi ăn món bánh bột ngô nhân thịt gà, bà Grace Booth 35 tuổi ở California (Mĩ) cảm thấy nóng trong người, buồn nôn, sau đó bị tiêu chảy, sưng vù môi, khó thở. Các bác sĩ chẩn đoán bà bị sốc phản vệ nên tiêm thuốc kháng dị ứng, truyền dịch và cho uống thuốc kháng histamine Benadryl. Năm giờ sau, bà Grace Booth xuất viện. Sau này bà mới biết bà bị dị ứng với ngô chuyển gene StarLink dùng làm nguyên liệu để chế biến bánh bột ngô nên đã gửi đơn đến kiện cơ quan Quản lí Thực phẩm và Dược phẩm (FDA). Từ nhiều năm nay, thực phẩm chuyển gene đã bị nghi ngờ có chứa nhiều protein lạ có thể gây hại sức khỏe cho con người. Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên người tiêu dùng đi kiện. Tháng 3 năm 2001, tạp chí Discover của Mĩ đã đưa lên trang bìa vụ ngô StarLink gây dị ứng. FDA cũng đã chuẩn bị xét nghiệm mẫu máu của 44 người làm đơn kiện của Aventis – nhà sản xuất Ngô chuyển gene StarLink. Tác giả Thiếu Lâm viết trong tạp chí Thế giới mới (2001, trang 21- 25) đã nêu những mục chính như sau: Bánh bột ngô gây dị ứng. Tác giả đưa ra nhiều trường hợp ở Mĩ, người dùng bánh ngô chuyển gene bị dị ứng. Ngô StarLink bắt đầu xuất hiện trên thị trường Mĩ vào năm 1998. Giống ngô này mang gene vi khuẩn Bacillus thurigiensis có khả năng tiết
20. 160 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung độc tố diệt bướm ống giúp cây Ngô không bị phá hại. Tuy nhiên, trong ngô StarLink có protein Cry9C, một loại protein không bị các enzyme đặc biệt trong bộ máy tiêu hóa con người phân hủy. Trong số 44 trường hợp kiện cáo về ngô StarLink, trung tâm Kiểm soát Dịch bệnh Mĩ (CDC) đã chú ý đến 26 trường hợp và đưa ra kết luận ban đầu: 11 trường hợp đã xẩy ra triệu chứng dị ứng và 7 trường hợp trong số này chắc chắn có liên quan trực tiếp đến việc ăn thức ăn bằng bột ngô chuyển gene StarLink mang nhãn hiệu Taco Bell hoặc Mission Foods. Tuy nhiên CDC vẫn chưa khẳng định Cry9C có trong thức ăn hay không và FDA sẽ tiếp tục làm công việc này. Mục chính khác Thiếu Lâm đã viết: Không ai dám chắc thực phẩm chuyển gene gây ngộ độc và ngược lại. Thực phẩm không chuyển gene: khó phân biệt thật giả. Người ta đã biểu tình chống cây chuyển gene ở Brazil. Đồng ruộng trồng cây cải dầu chuyển gene bị phá bỏ ở Pháp. Đúng, thực phẩm chuyển gene là vấn đề còn đang tranh cãi.Thời gian qua, các nước EU không chịu nhập thực phẩm chuyển gene của Mĩ. Sau này họ yêu cầu thực phẩm chuyển gene phải có lí lịch chuyển gene. (Gần đây có thông tin cho rằng EU đã quyết định cho nhập thực phẩm chuyển gene trở lại nhưng không giải thích lí do). Có một số người yêu cầu gắn nhãn hiệu cho sản phẩm mới có cấy ghép gene. Nhưng sản phẩm mới không khác mấy về cơ bản của sản phẩm cổ truyền. Vã lại, từ giữa những năm 1990, hơn 60% sản phẩm lương thực, thực phẩm chế biến ở các siêu thị Hoa Kì gồm có pizza, khoai tây lát, xi-rô ngô, bột mỡ, đậu tương, cải dầu, đều là sản phẩm công nghệ gene mới. Do đó gắn nhãn hiệu là không cần thiết. Sản phẩm có gene mới có hại cho môi trường không? Dòng lan truyền gene thông qua hạt phấn, hạt giống từ giống này qua giống khác là mối lo của một số nhà khoa học. Việc lan truyền từ cây trồng sang cỏ qua gió, ong bướm hoặc các yếu tố khác là có thể xảy ra. Chúng tôi nghĩ, lí lịch gene là quan trọng. Không phải gene nào cũng gây phương hại cho con người. Ví dụ như trên đã nói, tăng thêm một số gene tạo enzyme, từ đó tạo ra sản phẩm có nhiều acid amin không thay thế làm cho chất lượng của sản phẩm tăng lên như tăng 9 acid amin cho củ khoai tây, hoặc chuyển thêm gene sản sinh vi khuẩn lên men vào hệ di truyền của bò sữa, chuyển bò sữa thành bò cho yaourt v.v. thì đâu có hại! Còn việc đưa gene chống sâu bệnh vào tế bào thì rõ ràng có hai mặt: cây sẽ không bị bệnh và cho năng suất cao hơn; sản phẩm tạo thành được nhiều hơn. Ngay cả khi bị bệnh, bản thân cơ thể muốn chống lại điều kiện bất lợi đó, sinh vật phải tiết ra các kháng thể độc để diệt trừ những tác hại gây ra. Các kháng thể đó vẫn còn lưu lại trong cơ thể, nếu nồng độ cao
21. 161 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung cũng có hại cho con người. Trong trường hợp con người can thiệp vào bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp chuyển gene chống sâu bệnh, nếu như nồng độ cao là có hại cho sức khỏe con người. Vấn đề là nồng độ sử dụng và sự tích lũy chất độc hại ở cơ thể. Nếu nồng độ cao thì phương pháp đó phải loại trừ, nếu nồng độ thấp cho phép thì nên sử dụng. Vì vậy cần phải tiến hành phân tích và phải có lí lịch của đối tượng cần tiêu dùng. Gần đây, trong Tạp chí Thế giới mới số 595 ra ngày 26/7/2004 trong bài “Khả năng kì diệu của chíp sinh học”, tác giả Ngọc Nhàn đã viết:công ti Apibio của Pháp đã bước đầu đưa vào thử nghiệm một loại chíp sinh học có khả năng phát hiện nhanh các loại thực phẩm biến đổi gene. Người ta sử dụng chíp có gắn DNA đặc trưng của loại không biến đổi gene Khi thử nghiệm, thiết bị sẽ so sánh gene của loại thực phẩm nhập khẩu với gene mẫu trong chíp. Nếu hai nhánh DNA đó “nhận ra nhau”, điều đó có nghĩa là thực phẩm nhập khẩu là thứ thiệt. Tiềm năng sinh học mới rất to lớn, nhưng nó cũng không thể mang lại các rủi ro. Phủ nhận hay chỉ dựa vào kĩ thuật mới đều là sai lầm. Chúng ta cần phải phân tích cặn kẽ và trả lời. Ở đâu, như thế nào, tại sao chúng ta lại sử dụng các sản phẩm sinh học mới và nếu chúng ta thử nghịêm rộng rãi, phán xét khôn ngoan, cân nhắc lợi hại, đó là những điều cần thiết hơn cả cho những ai cần đến nó. (trong mục này chúng tôi có sử dụng thêm tài liệu “Sản phẩm biến đổi gene” của Tạ Từ trong báo Nhân dân số 65/9- 2002. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đái Duy Ban, Lữ Thị Cẩm Vân, 1994. Công nghệ gene và công nghệ sinh học ứng dụng trong nông nghiệp hiện đại. Nxb Nông nghiệp Hà Nội. 2. Lê Doãn Diên, 1994. Công nghệ sau thu hoạch trong nông nghiệp Việt Nam: Thực trạng và triển vọng. Nxb Nông nghiệp Hà Nội. 3. Nguyễn Lân Dũng, 1992. Tìm hiểu về công nghệ sinh học, Nxb Giáo dục Hà Nội. 4. Trương Văn Lung, 1995. Chuyên đề Công nghệ sinh học. Tủ sách Đại học Khoa học Huế 5. Trương Văn Lung, 2002. Công nghệ sau thu hoạch. (Hô hấp với việc chế biến và bảo quản thực phẩm). Tủ sách Đại học Khoa học Huế. 6. Ngọc Nhàn, 2004. Khả năng kì diệu của chíp sinh học, Tạp chí Thế giới mới, Nxb Giáo dục Hà Nội, số 595, tr: 52-55.
22. 162 CNSH chế biến sản phẩm thu hoạch Trương Văn Lung 7. Phan Cự Nhân, Trần Đình Miên, 1997. Tìm hiểu công nghệ sinh học hiện đại. Nxb Giáo dục, Hà Nội 8. Nguyễn Hữu Phúc, 1998. Các phương pháp lên men thực phẩm truyền thống ở Việt Nam và các nước trong vùng. Nxb Nông nghiệp thành phố Hồ Chí Minh. 9. Hồ Sưởng (chủ biên), 1982. Vi sinh vật trong bảo quản và chế biến thực phẩm. Nxb Nông nghiệp Hà Nội. 10. Lê Ngọc Tú (chủ biên), 2000. Hóa sinh công nghiệp, Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội 11.Trần Cẩm Vân, Bạch Phương Lan, 1995. Công nghệ vi sinh và bảo vệ môi truờng. Nxb Khoa học & Kỹ thuật. Trung tâm Giao lưu quốc tế về Văn hóa Giáo dục và Khoa học (CCES), Hà Nội. 12. Albert Sasson,1988. Biotechnologies and development Công nghệ sinh học và phát triển. Người dịch: Nguyễn Hữu Thước, Nguyển Lân Dũng và một số dịch giả khác. Nxb Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội. 13. Bezborodov A.M., Moxolov V.V., Rabinovitch M.I., Nguyễn Văn Uyển, Ngô Kế Sương và nnk, 1994. Công nghệ sinh học và một số ứng dụng tại Việt Nam, Tập I, II. Nxb Nông nghiệp Hà Nội. 14.Clive James, 2004. Tóm tắt báo cáo số 32 của ISAAA về tình trạng cây trồng chuyển gene/công nghệ sinh học được trồng và mua bán trên thị trường thế giới trong năm 2004.Bản tin Công nghệ Sinh học tháng 01 năm 2005. www.biotechvn.com,vn
23. 1 6 3 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g 4 CNSH VỚI VIỆC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Chương VIII Các hoạt động sản xuất nông lâm ngư nghiệp và công nghiệp cũng như thực trạng về ô nhiễm môi trường Khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển khiến cho con người vươn xa hơn, rộng hơn và ước mơ chinh phục được trái đất. Dân số tăng nhanh, lương thực thực phẩm ngày càng khan hiếm đã khiến cho con người tìm mọi cách khai thác cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên. Con người đã bất chấp tất cả, thế rồi chính con người đang phải gánh lấy hậu quả này. Đó là nạn hạn hán, lũ lụt, bệnh tật, ô nhiễm môi trường, Bước sang thế kỉ XXI là thế kĩ của công nghệ sinh học và công nghệ thông tin, đứng trước tình hình môi trường đang kêu cứu thì ngành công nghệ sinh học là một trong những ngành đi đầu trong công tác bảo vệ môi trường. CNSH đang đóng một vai trò hết sức to lớn, thúc đẩy các ngành công nghệ khác cùng phát triển. Một trong những vấn đề khó khăn hiện nay là nạn ô nhiễm môi trường sống, nó được xem như là cơ bản dẫn đến các thảm hoạ về môi trường. 1.Một số định nghĩa 1.1.Định nghĩa môi trường Theo định nghĩa của UNESCO (1981) thì môi trường của con người bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống do con người tạo ra, những cái hữu hình (đô thị, hồ chứa ) và những cái vô hình (tập quán, nghệ thuật ), trong đó con người sống bằng lao động của mình, họ khai thác các tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của mình. Như vậy, môi trường sống đối với con người không chỉ là nơi tồn tại, sinh trưởng và phát triển cho một thực thể sinh vật là con người mà còn là “khung cảnh của một cuộc sống, của lao động và sự nghỉ ngơi của con người”.