Tổng Quan Ứng Dụng Của Nấm Mốc Trong Thực Phẩm

Lê Minh Nguyệt

GIỚI THIỆU CHUNG

            Nấm mốc hay còn gọi là vi nấm, nấm sợi; rất phổ biến trong tự nhiên, tồn tại trên nhiều loại cơ chất như thực phẩm, quần áo, dụng cụ và đặc biệt có nhiều trong đất. Nấm mốc thuộc nhóm vi sinh vật nhân thật, sinh trưởng và phát triển thành hệ sợi, từng sợi gọi là khuẩn ty nấm (hay sợi nấm); khuẩn ty có 2 loại: khuẩn ty khí sinh mọc tự do ngoài không khí để hút oxy và sinh bào tử, khuẩn ty cơ chất cắm sâu vào cơ chất để hút các chất dinh dưỡng.  Nấm mốc hô hấp hiếu khí bắt buộc, thường mọc trên bề mặt thoáng, chúng phát triển nhanh khi gặp khí hậu nóng ẩm. (Nguyễn Lân Dũng và cs, 1997).

            Trong tự nhiên nấm mốc tham gia tích cực vào các vòng tuần hoàn vật chất, nhiều loài nấm mốc được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, y học, nông nghiệp…. Trong công nghiệp thực phẩm, nấm mốc được coi như tác nhân chính để sản xuất các sản phẩm thực phẩm lên men; sản xuất các axit hữu cơ, các loại enzym ở quy mô công nghiệp; một số nấm mốc còn được sử dụng như nguồn protein thứ 3 (2 nguồn protein truyền thống là protein động vật và protein thực vật).

ỨNG DỤNG CỦA NẤM MỐC TRONG THỰC PHẨM

Ứng dụng trong sản xuất các thực phẩm lên men

            Lên men là một trong những kỹ thuật lâu đời nhất của sự chế biến thực phẩm và mang tầm quan trọng kinh tế to lớn. Sự xuất hiện, qui trình chế biến, và sử dụng của thực phẩm lên men đã được viết nhiều. Một vài sản phẩm lên men (phó-mat, bia, rượu, nước tương) đã có kinh nghiệm sản xuất một lượng lớn, với việc sử dụng giống chủng ưu việt, mặt khác nhiều thực phẩm lên men hãy còn được sản xuất sử dụng kỹ thuật truyền thống lâu đời dưới những điều kiện đơn giản hoặc ngay cả nguyên sơ (Steinkraus 1997).

            Trong các thực phẩm lên men bởi nấm mốc có thể kể đến rất nhiều loại với nền tảng cơ chất rất khác nhau như tương, chao, temph, rượu trắng, phomai….

Bảng 1. Một số ứng dụng của nấm mốc để sản xuất các thực phẩm lên men

            Tương là sản phẩm truyền thống của Việt Nam. Nguyên liệu để sản xuất tương gồm có tinh bột (gạo nếp, gạo tẻ), đậu nành, muối, nước và nấm mốc. Nấm mốc sử dụng trong sản xuất tương là loài Aspergillus oryzae. Đỗ tương được rang lên cho thơm rồi xay nhỏ, ngâm nước muối, có thể bổ sung thêm một lượng mốc tương để quá trình thuỷ phân protein đậu tương nhanh và tốt hơn. Gạo nấu chín rồi đem ủ lên mốc vàng hoa cau, nấm mốc sẽ sinh tổng hợp các enzym amylase (chủ yếu) và protease. Khi gạo đã lên mốc và thành phẩm có mùi thơm ngọt thì cho mốc ngâm cùng nước đỗ, hỗn hợp được cho vào chum (hũ) kín để ủ. Trong thời gian ủ, enzym amylase sẽ thuỷ phân tinh bột thành đường và enzym protease thuỷ phân protein đậu tương thành axit amin. Một số nước Á Đông khác cũng có thực phẩm tương tự như tương: Nhật Bản có miso, Trung Quốc có huáng jiàng, Thái Lan có tao chiew…

            Đã có rất nhiều nghiên cứu về các điều kiện nuôi cấy tối ưu để Aspergillus oryzae phát triển và cho sản phẩm thuộc nhóm này có chất lượng cao, an toàn. Có thể nuôi Aspergillus oryzae để tạo koji, lượng enzym nhiều nhất trong koji là nuôi 48h (Uchida M và cs, 2019). Có thể tạo các peptide hạ huyết áp trong miso paste bằng cách thêm casein trong quá trình lên men bởi Aspergillus oryzae (Inoue K. và cs, 2009).                

            Phomai: Phomai là sản phẩm chế biến từ sữa bằng cách thu khối casein đông tụ rồi ủ chín (lên men). Tuỳ vào mỗi loại phomai, hệ vi sinh vật sử dụng trong quá trình sản xuất khác nhau. Phomai Camembert sử dụng nấm mốc Penicillium camembert, bào tử của nấm mốc phun như sương mù trên bề mặt khối sữa đông, nấm mốc phát triển trên bề mặt bánh phomai trong suốt giai đoạn ủ, tạo thành lớp vỏ cứng mỏng và trắng; trong quá trình chín, các enzym protease, lipase của P. camemberti  khuyếch tán vào trong bánh phomai để thuỷ phân đạm và chất béo. Phomai Roquefort, còn gọi là phomai xanh sử dụng nấm mốc Penicillum roqueforti, bào tử của nấm mốc được trộn lẫn với khối sữa đông, phát triển thành đốm màu xanh lẫn trong khối phomai. Hoạt độ nước của khối sữa đông và nhiệt độ ủ chín là 2 yếu tố ảnh hưởng chính đến sự nảy mầm, phát triển sinh khối và sinh tổng hợp enzym của nấm mốc (Nguyen Van Long và cs, 2017). Điều kiện môi trường của kho chứa phô mai tối ưu cho sự phát triển và sinh enzym của các loài Penicillum trong khi ủ chín phomai là nhiệt độ 20 - 25⁰C và hoạt độ nước 0,83 - 0,87 (Leggieri M. và cs, 2018).

Hình 1. Phomai Bleu de Gex và phomai Camembert

            Chao (sufu): Để sản xuất chao, đậu nành được chế biến thành đậu phụ, cắt nhỏ, ủ cho lên mốc, sau đó thêm muối, gia vị vào. Vi sinh vật sử dụng trong sản xuất chao thường là nấm mốc thuộc các giống Actinomucor, Mucor, Rhizopus, ở một vài địa phương có thể dùng vi khuẩn thuộc giống Bacillus. Trong quá trình nuôi nấm mốc trên bánh đậu, nấm mốc sinh tổng hợp enzym protease. Ở công đoạn lên men, khi ủ các miếng mốc đậu trong dung dịch nước muối loãng, các enzym trích ly ra khỏi hệ sợi và thuỷ phân một phần protein của miếng đậu thành axit amin. Những nhà máy sản xuất lớn có sử dụng giống thuần chủng, chẳng hạn như Actinomucor elegans, ngược lại tại các cơ sở sản xuất nhỏ, sử dụng hệ vi sinh vật tự nhiên hỗn hợp của nấm mốc và vi khuẩn. Actinomucor elegans phát triển tốt ở nhiệt độ nhỏ hơn 25°C, độ ẩm không khí  95 – 97%, sau 48 giờ nuôi đạt lượng enzym protease, lipase cao nhất (Bei Zhong Han và cs, 2003). Các mốc khác ví dụ như Mucor hiemalis hoặc Rhizopus chinensis, Rhizopus oligosporus được sử dụng ở nhiệt độ cao hơn. Bei Zhong Han và cs (2003) cho rằng Rhizopus oligosporus là một thay thế tiềm năng cho Actinomucor elegans để sản xuất chao trong mùa nóng.

            Tempeh: Tempeh có nguồn gốc từ Java (Indonesia) nhưng cũng được phổ biến ở Hà Lan và nó đã đạt được thị trường tiêu thụ đáng kể ở Mỹ, châu Âu và Úc. Tempeh là một bánh có thể thái (cắt) được, thu được bởi phương pháp lên men bề mặt với nấm mốc của những hạt đậu, ngũ cốc hoặc vật liệu phù hợp khác sau khi đã ngâm rồi nấu. Cơ chất được dùng nhiều và phổ biến nhất là đậu nành (Nout, 1990). Tempeh cung cấp một nguồn đạm thực vật rẻ tiền giàu dinh dưỡng dễ tiêu hoá và an toàn. Đậu nành được ngâm và tách vỏ, hoặc tách vỏ khô trước rồi ngâm (cơ giới hoá như ở Hà lan). Trong quá trình ngâm sự lên men lactic tự nhiên diễn ra làm hạ thấp pH của đậu, làm cho chúng phù hợp hơn cho sự phát triển của nấm mốc và chống lại vi khuẩn gây hư hỏng và các mầm bệnh. Nấm mốc chính yếu là Rhizopus oligosporus và Rhizopus oryzae, chúng nảy mầm nhanh ở 37°C và sự phát triển sợi nấm nhanh của chúng đảm bảo sự chiếm ưu thế và lấn át các dòng tạm nhiễm khác. Trong vòng 30 giờ các hạt đậu rời rạc đã được kết chặt lại nhau tạo thành khối rắn. R.oligosporus được khảo sát là thâm nhập khoảng 2mm vào sâu bên trong hạt đậu. Hoạt động enzym của Rhizopus spp. bao gồm protease, lipase, amylase và phosphatase. Nhờ hoạt động của các enzym này, một phần các cơ chất mạch dài bị thuỷ phân thành mạch ngăn, tạo điều kiện cho sự tiêu hoá dễ dàng (Yongshou Yang, 2018).

            Xì dầu: Xì dầu lên men có nguồn gốc từ Trung Quốc. Ở Nhật có khoảng 3600 công ty, trong đó có 5 công ty lớn nhất sản xuất 1,2 triệu tấn chiếm khoảng 1/2 sản lượng hàng năm. Về cơ bản của quá trình chế biến xì dầu lên men bao gồm 3 giai đoạn: làm koji (đậu nành lên mốc), lên men trong nước muối và lọc trong. Làm koji là quá trình lên men bề mặt của hỗn hợp đậu nành hấp chín và bột mì rang. Nó được chủng giống với bào tử Aspergillus oryzae hoặc Aspergillus sojae và được ủ ở 25°C trong 2-3 ngày để thu được sự phát triển dày đặc và sự tạo bào tử xanh vàng chỉ ra rằng mức độ cao của enym đã được tạo thành. Những enzym này bao gồm peptidases, proteinases, glutaminase, amylase, pectinases và cellulases cần thiết cho sự thuỷ phân từng phần của đạm và các hợp chất carbon của nguyên liệu. Theo Nguyễn Hiền Trang và cs (2018), có thể sử dụng hỗn hợp Aspergillus oryzae và Aspergillus awamori để sản xuất xì dầu từ khô dầu lạc. Giai đoạn 2 lên men trong nước muối diễn ra trong mẽ nước muối 22-25% NaCl để vi sinh vật gây hư hỏng không thể phát triển nhưng hoạt động của enzym vẫn diễn ra.

Làm giàu thêm đạm cho thực phẩm tinh bột và thức ăn gia súc

            Do có khả năng phân cắt vật chất carbon, nấm mốc là đối tượng hữu dụng trong việc nâng cao giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm phụ nông công nghiệp sau chế biến, chẳng hạn như tinh bột chứa trong chất cặn bã khoai lang (Yang et al., 1993) hoặc bã mía đường cellulose (Moo-Young et al., 1992). Cho mục đích thêm vào các nguồn đạm rẽ tiền như (NH₄)₂SO₄ và urea có thể biến đổi thành đạm vì thế làm giàu dinh dưỡng thêm cho thức ăn. Sản phẩm cuối cùng (sau vài ngày lên men) có thể chứa dựng xấp xỉ 30% đạm thô trên trọng lượng khô, khi sử dụng nấm Aspergillus niger, Rhizopus spp. và Neurospora sitophila.

            Sợi nấm của Penicillium chrysogenum và Aspergillus niger được tạo ra ở một lượng lớn như một sản phẩm phụ của sự lên men sản xuất kháng sinh, khuẩn ty của nấm không độc là một thành phần thức ăn lý tưởng bởi vì nó có hàm lượng đạm thô cao (xấp xỉ 12% trên trọng lượng tươi). Khuẩn ty được sử dụng như thành phần thức ăn gia súc. Giống như vậy, sợi nấm của dòng Fusarium venenatum được sử dụng cho sản xuất công nghiệp protein cho ngành dệt may (Wiebe et al., 1996).

Sản xuất các axit béo

            Hàm lượng chất béo của nấm mốc đôi khi có thể cao đến 60-80% sinh khối khô. Tuy nhiên, chất béo động và thực vật rẻ tiền hơn, vì thế chỉ những trường hợp đặc biệt thì người ta mới sản xuất axit béo bằng việc lên men. Ví dụ như axít béo không no từ nấm mốc, nhiều nấm mốc được sử dụng thương mại để tạo ra axít trans-linoleic, trên nguồn đạm và cac-bon rẻ tiền (bã nho, tinh bột, mật rỉ đường), Mucor javanicus và Mucor rouxii có thể phát triển trong môi trường nuối cấy chìm ở sản lượng axít trans-linoleic 0,33g/l. Những trường hợp như thế hàm lượng lipid là 7-11% của sinh khối khô và axít trans-linoleic chiếm 17-37% trọng lượng lipid (Kobkull Laoteng và cs, 2003).

Sản xuất các axit hữu cơ

            Axít hữu cơ được tạo ra bởi sự lên men của có thể phân thành hai nhóm: axit hữu cơ được tạo ra thông qua lộ trình axít carboxylic hoặc được tạo ra trực tiếp từ đường glucose (Nguyễn Lân Dũng và cs, 1997).

            Ở nhóm thứ nhất, axít citric là axít hữu cơ quan trọng nhất được tạo ra bởi sự lên men. Sản lượng hàng năm ước tính khoảng 400.000 tấn được sản xuất chủ yếu bởi nấm mốc Aspergillus niger nhưng cũng có thể sử dụng nấm men Yarrowia lipolytica. Axít citric được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, chất tạo hương vị…

            Trong nhóm thứ hai: axít gluconic (50.000 tấn/năm) được sản xuất chủ yếu bởi vi khuẩn, nhưng cũng có thể sử dụng nấm mốc Aspergillus niger và Aspergillus foetidus trong các quy trình nuôi cấy bề mặt hoặc nuôi cấy chìm (Hongsen Zhang, 2016). Axít lactic (30.000 tấn/năm) đươc sản xuất chủ yếu bởi vi khuẩn lactic, nhưng cũng có thể sử dụng nấm mốc Rhizopus oryzae (Yong Qian Fu, 2016).

Sản xuất enzym công nghiệp

            Trong số những enzym sản xuất bởi nấm mốc, chiếm đa số là enzym protease và nhóm enzym amylase. Enzym protease thu được từ  các nấm mốc Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Penicillium roquefortii và Mucor spp. được ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa và trong chế biến thực phẩm như làm nhanh chín phó-mat, làm bánh mì, làm mềm thịt. Theo Murthy và cs (2015), nuôi Aspergillus oryzae trên bột khoai tây, sinh ra protease axit tập trung vào hoạt động giải phóng glycine.

            Nhóm enzym amylase (α-amylase, glucoamylase) được tạo ra bởi Aspergillus oryzae và Aspergillus niger, được ứng dụng trong làm bánh mì, ủ bia rượu và bánh kẹo. Susu Han và cs (2019) đã xác định được các đặc tính tinh sạch và sinh hóa của một fructosyltransferase mới với hoạt tính chuyển hóa FOS cao từ Aspergillus oryzae S719.

            Ngoài ra còn có các enzym khác được sản xuất bởi nấm mốc, như là enzym cellulase được tiết ra bởi Aspergillus niger, Penicillium spp. và Trichoderma reesei; enzym pectinases được tạo ra bởi Aspergillus spp.; và β–glucanase được tạo ra bởi Aspergillus niger, Penicillium spp. những enzym này được ứng dụng để thúc đẩy sự tiêu hoá của thực phẩm có sợi, sự tinh lọc nước trái cây và bia…(Trần Ngọc Hiếu, 2012). Enzym lipases được tạo ra bởi Mucor spp. và Aspergillus niger ứng dụng cho sự phát triển hương vị các sản phẩm từ sữa (trần Ngọc Hiếu, 2012). Glucose oxidase được tạo ra bởi Aspergillus niger đã có nhiều ứng dụng trong thực phẩm và y học…  Enzym tannase được sinh tổng hợp bởi Aspergillus niger (Kyotaro Ichikawa và cs, 2019).

KẾT LUẬN

            Với rất nhiều khả năng như sinh tổng hợp enzym, sinh tổng hợp các axit béo, tạo ra các axit hữu cơ…, nấm mốc ngày càng có vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm nói riêng và trong chuyển hoá tự nhiên nói chung. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày càng có nhiều ứng dụng của nấm mốc được đưa vào sử dụng trong thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.        Hoàng Kim Anh, Trần Ngọc Hiếu (2012). Ứng dụng enzym trong công nghiệp thực phẩm.  NXB Khoa học Kỹ thuật.

2.        https://voer.edu.vn/m/vai-tro-huu-dung-cua-nam-trong-che-bien-thuc-pham/e127ff07: Nguyễn Văn Bá. Vai trò hữu dụng của nấm trong chế biến thực phẩm.

3.        Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (1997). Vi sinh vật học. NXB Giáo Dục.

4.        Bùi Xuân Đồng, Nguyễn Huy An (2000). Vi nấm dùng trong công nghệ sinh học. NXB Khoa học và Kỹ thuật.

5.        Nguyễn Hiền Trang, Dương Thị Hương (2018). Ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng thủy phân khô dầu lạc trong sản xuất nước tương bởi chế phẩm hỗn hợp Aspergillus oryzae KZ3 và Aspergillus awamori HK1. Vol 2, no 3 Tạp chí Khoa học và công nghệ nông nghiệp, Trường ĐH Nông Lâm, ĐH Huế.

6.        Nguyễn Ngọc Thanh Trang, Lê Văn Luận, Nguyễn Hiền Trang, Nguyễn Thị Giang, Phan Thị Quyên (2019). Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chất lượng dịch thủy phân các phế phẩm giàu đạm bằng chế phẩm Aspergillus oryzae N2. Vol 3, no 2 Tạp chí Khoa học và công nghệ nông nghiệp, Trường ĐH Nông Lâm, ĐH Huế.

7.        Bei Zhong Han, Yong Ma, Frans M Rombouts, MJ Robert Nout (2003). Effects of temperature and relative humidity on growth and enzyme production by Actinomucor elegans and Rhizopus oligosporus during sufu pehtze preparation. Journal of Food Chemistry, volume 81, issue 1, pages 27 - 34.

8.        Hongsen Zhang, Jian Zhang, Jie Bao (2016). High titer gluconic acid fermentation by Aspergillus niger from dry dilute acid pretreated corn stover without detoxification. Journal of Bioresource technology, volume 203, pages 211 – 219.

9.      Inoue K., Goutou T., (2009), Kitajima H., Mizuno S., Yamamoto N. (2009). Release of antihypertensive peptides in miso paste during its fermentation, by the addition of casein. Journal of Biosience and Bioengineering, volume 108, issue 2, pages 111-115.

10.  Kyotaro Ichikawa, Yoshihito Shiono, Tomoko Shintani, Takuya Kosseki (2019). Efficient production of recombinant tannase in Aspergillus oryzae using an improved glucoamylase gene promoter. Journal of Bioscience and Bioengineering, available online 3 September 2019.

11.  M.J.R. Nout, L.Brimer, D. Goktan (1990). Toxicological, nutritional and microbiological evaluation of tempe fermentation with Rhizopus oligosporusof bitter and sweet apricot seeds. Journal of Food Microbiology, volume 11, issue 3 - 4, pages 337 - 344.

12.  Kobkull Laoteng, Rapeepun Pongchuachidthai, Kanchanna Rueksomtawin, Supapon Cheevadhanarak (2003). A Mucor rouxii mutant with high accumulation of an unusual trans-linoleic acid (9c,12t-C18:2). Journal of Microbiology Letter, volume 223, issue 2, pages 159 – 165.

13.  Leggieri M., Decontardi S., Battilani P. (2018). Modelling the sporulation of some fungi associated with cheese, at different temperature and water activity regimes. Journal of Microbiology, volume 278, pages 52 – 60.

14.  Nguyen Van Long, Vasseur V., Coroller L., Dantigny P., Le Panse S., Weill A., Rigalma K. (2017). Temperature, water activity and pH during conidia production affect the physiological state and germination time of Penicillium species. Journal of Food Microbiology, volume 241, pages 151 – 160.

15.  Pushpa S. Murthy, Ken Ichi Kussumoto (2015). Acid protease production by Aspergillus oryzae on potato pulp powder with emphasis on glycine releasing activity: A benefit to the food industry. Journal of Food and Bioproducts Processing, volume 96, pages 180 - 188.

16.  Gbekelulowa Oguntimein, Dagmar Vlach, Murray Moo Young (1992). Production of cellulolytic enzymes by Neurospora sitophila grown on cellulosic materials. Journal of Bioresource technology, volume 39, isue 3, pages 277 - 283.

17.  Steinkraus (1997). Classification of fermented foods: worldwide review of household fermentation techniques. Food Control, volum 8, issues 5-6.

18.  Uchida M., Hdeshima N., Araki T. (2019). Development of koji by culturing Aspergillus oryzae on nori (Pyropia yezoensis). Journal of Biosience and Bioengineering, volume 127, issue 2.

19.  Susu Han, Tong Ye, Shuo Leng, Lixia Pan, Zhigua Liang (2019). Purification and biochemical characteristics of a novel fructosyltransferase with a high FOS transfructosylation activity from Aspergillus oryzae S719. Journal of Protein Expression and Purification, volume 167, available online 2019.

20.  Shang Shyng Yang (1993). Protein enrichment of sweet potato residue with co-culture of amylolytic fungi by solid-state fermentation. Journal of Biotechnology advance, volume 11, issue 3, pages 495 – 505.

21.  Yongshou Yang, Tsuyoshi Kameda, Hideyuki Aoki, Yakako Okazaki, Thanutchaporn Kumrungsee (2018). The effects of tempe fermented with Rhizopus microsporus, Rhizopus oryzae, or Rhizopus stolonifer on the colonic luminal environment in rats. Journal of Fonctional Food, volume 49, pages 162 - 16.

22.  Yong Qian Fu, Long Fei Yin, Hua Yue Zhu, Ru Jiang (2016). High-efficiency l-lactic acid production by Rhizopus oryzae using a novel modified one-step fermentation strategy. Journal of Bioresource technology, volume 218, pages 410 – 417