Thực phẩm chức năng: Yêu cầu sản phẩm và các thành phần

Một trong những thách thức lớn nhất mà nghiên cứu thực phẩm đang phải đối mặt trong thế kỷ này nằm ở việc duy trì sản xuất thực phẩm bền vững, đồng thời cung cấp các sản phẩm thực phẩm chất lượng cao với chức năng bổ sung để ngăn ngừa các bệnh liên quan đến lối sống như ung thư, béo phì, tiểu đường, bệnh tim, đột quỵ. Thực phẩm chức năng (TPCN) có chứa các thành phần hoạt tính sinh họccung cấp lợi ích cho sức khỏe ngoài thành phần dinh dưỡng cơ bản và đóng vai trò quan trọng trong phòng chống các bệnh liên quan đến lối sống. Polyphenol và carotenoids là thực vật thứ cấp chuyển hóa được công nhận là chất chống oxy hóa tự nhiên liên quan đến việc giảm phát triển và tiến triển của các bệnh liên quan đến lối sống. Bài viết này tập trung vào sức khỏe- thúc đẩy các thành phần thực phẩm (polyphenol và carotenoids), cấu trúc và chức năng thực phẩm, sinh khả dụng của các thành phần hoạt tính sinh học nà, với các ví dụ về tính ứng dụng của chúng, cụ thể là trên TPCN. Sau đó, để hỗ trợ thành công phát triển các thành phần thực phẩm tăng cường sức khỏe, bài viết này sẽ trình bày về mối quan hệ giữa các cấu trúc thực phẩm, chức năng thành phần liên quan đến sự phá vỡ cấu trúc thức ăn trong đường tiêu hóa và tác động của nó lên sinh khả dụng của các thành phần hoạt tính sinh học.

Thành phần thực phẩm tăng cường sức khỏe từ nguồn thực vật

Một số lượng lớn các hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực chế độ ăn uống liên quan đến sức khỏeđã chứng minh một liên kết quan trọng giữa việc sử dụng hóa chất thực vật thường xuyên (ví dụ như polyphenol, carotenoids, phytosterol) và phòng ngừa các bệnh liên quan đến lối sống, chẳng hạn như ung thư, béo phì, tiểu đường và các biến chứng tim mạch. Trái cây và rau quả có màu được xem như là một nguồn hóa chất thực vậttự nhiên, có lợi cho sức khỏe.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, một hỗn hợp polyphenol bao gồm anthocyanin, proanthocyanidin và flavonol xuất hiện tự nhiên trong một số loại quả mọng đỏ và xanh nhất định, có hoạt tính mạnh hơn chống lại các tế bào ung thư so với polyphenol tinh khiết. Tương tự với phát hiện này, việc tiêu thụ lycopene tinh khiết có thể chống ung thư tuyến tiền liệt ở chuột, trong khi tiêu thụ cà chua giảm nguy cơ này thành công hơn 26%. Chất chống oxy hóa mạnh và hoạt động chống ung thư có thể được coi là do tác dụng phụ gia và hiệp đồng của hóa chất và chất dinh dưỡng, khi xảy ra trong một hỗn hợp phức tạp trong trái cây và rau quả. Điều này cũng có thể giải thích tại sao không có chất chống oxy hóa duy nhất có thể thay thế các hợp chất tự nhiên trong trái cây và rau quả để đạt được lợi ích sức khỏe tương tự.

Khảo sát dịch tễ học sớm chỉ ra rằng, tiêu thụ thường xuyên trái cây và rau quả có thể làm giảm nguy cơ ung thư.Điều này đã được chứng minh qua các nghiên cứu toàn diện liên quan đến phòng chống ung thư. Hơn nữa, các nghiên cứu lâm sàng cũng cho thấy, chế độ ăn uống ít trái cây và rau quả sẽ không có lợi như chế độ ăn uống với một lượng lớn tỷ lệ trái cây và rau quả. Chế độ ăn uống ít trái cây, rau quảsẽ dẫnđến việc hình thành khối u và các bệnh tim mạch. Thực phẩm chức năng nhằm mục đích khuếch đại các thuộc tính tích cực này bằng cách thêm vào một số hóa chất thực vật được tinh chế và trải qua một sự thay đổi mô hình dựa trên kết quả nghiên cứu. Tác dụng có lợi của hóa chất thực vật được tinh chế thường giảm đi so với hỗn hợp các chất phytochemical trong ma trận thực phẩm tự nhiên. Do đó, các hợp chất bị cô lập hoặc mất chức năng hoạt tính sinh học hoặc không thể phản ứng giống như khi chúng có mặt trong ma trận tự nhiên, có thể là do các quá trình chiết xuất và tinh chế được áp dụng.

Mặt khác, việc áp dụng các thành phần hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ thực vật, ví dụ như chiết xuất giàu isoflavone, lycopene và các thành phần từ thảo mộc, các loại hạt và chất xơ, đã được ghi lại trong tài liệu phòng chống ung thư. Tuy nhiên, thị trường cho các chất bổ sung và tiềm năng yêu cầu sức khỏe hiện vẫn chưa được kiểm soát rộng rãi.

Polyphenols

Polyphenol là một nhóm các chất chống oxy hóa trong chế độ ăn uống được tìm thấy tựnhiên trong trái cây và rau quả.Chúng chủ yếu bao gồm các flavonoid (chất chuyển hóa trung gian trong thực vật)nhưflavanol, flavones, isoflavone, anthocyanin và non-flavonoid như axit phenolic,lignans và stilbenes.Cơ chếhoạt động chống oxy hóa củapolyphenol được mô tả bằng cách quét trực tiếp hoặc dập tắtcác gốc oxy tự do và ức chế các enzyme oxy hóa tạo ra oxy phản ứng. Các cơ chế tiềm năng cho hành động chống ung thư của polyphenolđã được xem xét, trong đó một trong những cơ chế phổ biến nhất là polyphenol gây ra việc sản xuất quá mức hydro peroxide vàsự bảo vệ của tế bào ung thư có thể bị áp đảo, dẫn đến ức chế sự sinh sôigây chết tế bào. Tuynhiên, polyphenol cũng có thể hoạt động gây đột biến và do đó tăng chỉ sốgây ung thư, vì chúng tăng cường sự hình thành của oxy phản ứng trong một sốtrường hợp cụ thể gây tổn hại DNA.

Những thách thức đối với các ứng dụng của polyphenol trong hệ thống thực phẩm là bảo vệ tính hoạt động sinh học.Vì chúng có thể mất tính chống oxy hóa hoặc chức năng hoạt tính sinh học trong quá trình chế biến thực phẩm, do độ nhạy với oxy, nhiệt độ, ánh sáng và đến môi trường đường tiêu hóa (pH, enzyme).Hơn nữa, sự phát triển của các công thức thích hợp để tăng độ hòa tan của polyphenol theo một ma trận thực phẩm cụ thể. Chiết xuất thực vật thường được sản xuất từ thực phẩm thông thường giàu polyphenol, ví dụ, hạt nho hoặc vỏ thông, dầu chanh, trà xanh, ô liu, trà rooibos và lô hội, vv …

Trong số này, chức năng ngăn ngừa peroxid hóa lipid đã được phát hiện đối với chiết xuất hạt nho và chiết xuất vỏ cây thông. Tuy nhiên, không phải mọi chiết xuất thực vật có sẵn trên thị trường đều tuân thủ các yêu cầu quy định về ứng dụng của chúng trong thực phẩm. Sự chấp thuận tình trạng thực phẩm đối với bất kỳ thành phần nào phụ thuộc vào việc sử dụng thực vật truyền thống như một loại thực phẩm, hình thức mà nó được trình bày cho người tiêu dùng (ví dụ như một viên thuốc so với kẹo) và chức năng sinh lý của nó, cũng như các quy trình được tham gia vào việc chiết xuất các thành phần. Ngoài các khía cạnh pháp lý này, các đặc tính công nghệ khác như tính ổn định và độ hòa tan cũng rất quan trọng để ứng dụng thành công trong thực phẩm. Các chất chiết xuất từ thực vật không được can thiệp vào các đặc tính của sản phẩm, như màu sắc hoặc mùi vị, và chúng phải ổn định trong ma trận thực phẩm để ngăn chặn lượng kết tủa không mong muốn.

Trong một sản phẩm thực phẩm, các hợp chất polyphenolic có thể tạo ra vị đắng, hoặc có màu nâu. Ví dụ, chiết xuất hạt nho rất khó kết hợp vào thực phẩm chức năng do màu nâu sẫm và độ hòa tan trong nước thấp. Do đó, đây là một bước quan trọng trong quá trình phát triển sản phẩm, để điều tra các tác động cảm quan của các hợp chất hoạt tính sinh học lên thực phẩm trước khi ứng dụng. Một số phương pháp có thể giúp tránh các vấn đề này, ví dụ: một công thức thực phẩm biến đổi bằng cách sử dụng kỹ thuật vi nang có thể che dấu hương vị khó chịu từ các chiết xuất hoạt tính sinh học. Các ứng dụng thành công nhất của chiết xuất thực vật có chứa polyphenol là đồ uống, bao gồm nước hoặc nước uống từ trà, cũng như các sản phẩm sữa hoặc các nhóm sản phẩm mới khác như “smoothies” trong khi chiết xuất thực vật phổ biến nhất được sử dụng là trong trà xanh, chiết xuất từ trà rooibos.

Carotenoids

Carotenoids là sắc tố xuất hiện tự nhiên trong thực vật. Có hơn 600 loại carotenoids được biết đến, có thể được phân loại thành hai nhóm: provitamin carotenoids A (α-carotene, β-carotene, β-cryptoxanthin), và non-provitamin A carotenoids (lycopene, lutein, zeaxantant, astasanthin). Cơ thể chúng takhông thể được tổng hợp carotenoidsvà phải được lấy từ các nguồn thực phẩm, chẳng hạn như trái cây, rau quả, một số loại cá hoặc da cá. Các hoạt động chống oxy hóa mạnh mẽ của carotenoids và chức năng có lợi cho sức khỏe của chúng, như duy trì sức khỏe của mắt và phòng ngừa các bệnh mãn tính đã được nghiên cứu rộng rãi. Mặc dù vậy, một nghiên cứu gần đây cho thấy, β-carotene làm tăng nguy cơ ung thư phổi ở người hút thuốc khi được sử dụng như một chất bổ sung thực phẩm tinh khiết.Lợi ích sức khỏe và đặc tính ngăn ngừa ung thư của carotenoids, khi chế độ ăn uống đủ trái cây và rau quảtrong tự nhiên là không thể phủ nhận. Ví dụ, đối tượng mắc bệnh ung thư biểu mô tuyến đầu tiên của đại tràng cho thấy, lutein có liên quan nghịch với ung thư ruột kết ở cả nam và nữ, khi kết hợp rau bina, bông cải xanh, rau diếp, cà chua, cam và nước cam, cà rốt, cần tây và rau xanh vào chế độ ăn kiêng. Từ nghiên cứu trong ống nghiệm, người ta đã đề xuất carotenoids (β-cryptoxanthin, lycopene) kích thích sự hình thành xương và khoáng hóa, có thể ngăn ngừa sự phát triển của bệnh loãng xương. Zeaxanthin và lutein có thể có chức năng ngăn ngừa thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi tác. Bằng chứng dịch tễ học đã chỉ ra rằng, lycopene có thể bảo vệ các cá nhân khỏi ung thư đại trực tràng và nam giới khỏi ung thư tuyến tiền liệt tuyến.

Trong vài thập kỷ qua, những nỗ lực đã được thực hiện để phát triển các nguồn thực phẩm biến đổi gen với hàm lượng carotene tăng. Golden Rice- một trong những ví dụ điển hình là một sản phẩm trồng trọt có tổng số carotenoids 1,6 mg/g trong nội nhũ gạo. Điều này đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể các giá trị được tìm thấy trong các giống lúa tự nhiên, ví dụ: 0,02 µg/g đối với giống gạo vàng và giá trị cao nhất là 0,13 µg/g đối với giống gạo đen. Một giống lúa vàng được phát triển sau đó chứa tới 37 mg/g tổng lượng carotenoids và các thử nghiệm lâm sàng gần đây đã chỉ ra sản phẩm chức năng này là một nguồn vitamin A tốt cho con người.

Hiện nay, carotenoids thường được sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm trong các sản phẩm thương mại. β-carotene, lycopene, astaxanthin, lutein và zeaxanthin cũng được tiêu thụ dưới dạng bổ sung chế độ ăn uống trong dinh dưỡng của con người. Về mặt vật lý, carotenoit gần như không hòa tan trong pha nước, nhưng ít tan trong pha lipid (0,2 g/L). Tuy nhiên, tính ổn định và độ hòa tan của carotenoids có thể được cải thiện đáng kể với công nghệ đóng gói trong quá trình chế biến thực phẩm.

Cấu trúc thực phẩm, chức năng và sinh khả dụng

Chức năng và sinh khả dụng của các hợp chất hoạt tính sinh học bị ảnh hưởng mạnh mẽ và được xác định bởi các tính chất hóa học của chúng về mặt hòa tan và khử chất. Ngoài ra, chế biến thêm các nguyên liệu thực phẩm có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả dụng sinh học của các chất dinh dưỡng và hóa chất thực vật, cũng như các điều kiện môi trường trong quá trình đi qua đường tiêu hóa (GI).

Ảnh hưởng của nhiệt và chuyển khối trong chế biến thực phẩm ảnh hưởng đến các cấu trúc vi mô thực phẩm. Sự phức tạp của ma trận thực phẩm quyết định kết cấu thực phẩm và cả sự giải phóng các thành phần chức năng. Mối quan hệ chức năng cấu trúc định lượng (QSFR) có thể giúp thiết kế hợp lý và sản xuất hiệu quả một hệ thống thực phẩm chức năng như vậy. Tuy nhiên, cơ sở kiến thức hiện tại về các thành phần hoạt tính sinh học và cấu trúc thực phẩm còn rất hạn chế.

Các nghiên cứu trong tương lai sẽ cung cấp thêm dữ liệu có thể hỗ trợ về tính khả dụng sinh học của các hợp chất cụ thể và từ đó cải tiến các quy trình thực phẩm, không chỉ là tính khả dụng sinh học của các vi chất dinh dưỡng được chọn và hóa chất thực vật, mà còn là sự ổn định thành phần chung bị ảnh hưởng bởi ma trận thực phẩm. Ví dụ, người ta đã phát hiện ra rằng, chỉ một phần nhỏ của carotenoit trong trái cây hoặc rau sống được hấp thụ trong ruột, có lẽ là do carotenoids trong hầu hết các loại thực phẩm thực vật tồn tại dưới dạng tinh thể hoặc gắn với protein.

Ngược lại, carotenoids hòa tan trong dầu thực vật cho thấy khả dụng sinh học cao hơn. Sự kết hợp của carotenoids vào cấu trúc vi mô và nano trong ma trận thực phẩm có thể ảnh hưởng đến độ hòa tan và độ kết tinh của chúng. Sau khi xây dựng các carotenoit thành các hệ thống hạt cho phép đủ độ hòa tan và giải phóng trong quá trình tiêu hóa, chúng có thể dễ dàng được đưa vào các ngăn của tế bào, cải thiện khả dụng sinh học của chúng.

Các cân nhắc sau đây rất quan trọng để phát triển các sản phẩm mới có giá trị có lợi cho sức khỏe và chúng có thể giúp dự đoán tốc độ hấp thụ, chuyển hóa và khả dụng sinh học của các hợp chất hoạt tính sinh học trong cơ thể người: (i) các hợp chất ban đầu có thể có trong một hình thức không có sẵn trực tiếp trong hệ thống tiêu hóa của con người; (ii) ma trận thực phẩm có ảnh hưởng đáng kể đến việc giải phóng và sẵn có các thành phần hoạt tính sinh học; (iii) các hợp chất có thể cần một chất mang bổ sung để hỗ trợ khả năng hòa tan; (iv) các thành phần được giải phóng có thể không được hấp thụ đầy đủ; (v) các phản ứng chức năng đối với các hợp chất hoạt tính sinh học có thể thay đổi trong toàn bộ quần thể tùy theo cấu trúc di truyền của chúng.

Sự tương tác của thực phẩm với cơ thể con người là vô cùng phức tạp, do sự đa dạng của các quá trình hóa lý, ảnh hưởng của chúng đến cấu trúc thực phẩm và cả đặc điểm trao đổi chất cá nhân. Hiện tại, vẫn còn thiếu sự hiểu biết về cách các thành phần thức ăn đơn được tiêu hóa. Những phát triển hiện tại trong lĩnh vực thực phẩm chức năng đã chứng minh khả dụng sinh học của các thành phần hoạt tính sinh học có thể được cải thiện bằng cách lựa chọn và phát triển phương pháp phân phối và bảo vệ cho các thành phần đó. Ví dụ, sự hấp thụ sterol thực vật khác nhau rất nhiều trong các ma trận thực phẩm khác nhau, với sữa là chất mang tốt, hiệu quả gấp ba lần so với bánh mì hoặc các sản phẩm ngũ cốc khác. Với các nghiên cứu trong tương lai và những nghiên cứu về hệ thống GI bình thường của con người, sẽ có thể phát triển nhiều loại thực phẩm chức năng hơn nữa với giá trị dinh dưỡng, sinh khả dụng và chức năng có lợi cho sức khỏe.

Sinh lý tiêu hóa của thực phẩm chức năng

Một phần quan trọng nhất trong việc sử dụng thực phẩm và các thành phần có hoạt tính sinh học, sau quá trình chế biến là hành vi của thực phẩm trong quá trình tiêu hóa, tức là cách nó được xử lý bởi cơ thể con người. Khi nhai và chuyển động thêm của chất thực phẩm, cấu trúc tiếp xúc với sự phân mảnh vật lý và ngoài sự thay đổi pH, thay đổi độ ẩm và tiếp xúc với hoạt động axit/enzyme, các thành phần hoạt tính sinh học ít nhiều được giải phóng từ cấu trúc có sẵn để hấp thụ vào máu. Thời gian tiêu hóa phụ thuộc vào các yếu tố khác như lượng tiêu thụ trên cấu trúc thức ăn ban đầu và sự phân hủy của nó.Vì các yếu tố này quyết định các enzyme tiêu hóa có thể xâm nhập nhanh vào ma trận thức ăn như thế nào. Hơn nữa, thành phần thực phẩm đóng vai trò quan trọng vì tốc độ tiêu hóa không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc thực phẩm vật lý mà còn phụ thuộc vào loại và nồng độ của các phân tử thực phẩm (ví dụ protein, carbohydrate, khoáng chất, chất xơ, vv…), cách thức những thành phần này tương tác với nhau, cho phép giải phóng các mảnh hoặc thành phần hoạt tính sinh học.

Để chứng minh các phương pháp mới trong việc tiếp cận sự kiểm soát tốt hơn trong các thành phần dinh dưỡng, một nghiên cứu đã chỉ ra việc kết hợp các thành phần thực phẩm, enzyme, tế bào trên thang đo vi mô đã cải thiện sinh khả dụng của hợp chất hoạt tính sinh học. Điều này đã chứng minh sự phù hợp của vi nang như một phương tiện chuyển giao cho các hoạt chất sinh học. Song song với cách tiếp cận đưa một số hóa chất thực vật hoạt tính sinh học đến một điểm giải phóng cụ thể trong đường tiêu hóa của con người, một cách tiếp cận tương tự khác nằm ở việc cung cấp một số vi sinh vật nhất định. Vì cơ thể con người và tình trạng sức khỏe không chỉchịu ảnh hưởng của việc cung cấp chất dinh dưỡng mà còn bởi hệ vi sinh vật GI, dựa trên khả năng của các sinh vật này làm biến đổi các thành phần thực phẩm, ảnh hưởng đến sự hấp thụ các phân tử hoạt tính sinh học, có thể quan tâm đến việc giải phóng một số sinh vật vào đường tiêu hóa sau khi đi qua dạ dày, ví dụ ở dạng vi nang. Nghiên cứuthêm về hệ vi khuẩn đường ruộtcủa con người với tất cả các khía cạnh, ví dụ: lên men, hệ thống miễn dịch, chức năng và hiệu quả của việc điều chỉnh mong muốn thông qua việc sử dụng prebiotic và men vi sinh là rất cần thiết.

Yhocvn.net/Theo Tạp chí Thử nghiệm Ngày nay