Nghiên cứu thu nhận và khảo sát một số hoạt tính sinh học của sophorolipids từ quá trình lên men chủng candida bombicola sử dụng mỡ cá tra

Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

Kỷ yếu khoa học

NGHIÊN CỨU THU NHẬN VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
SOPHOROLIPIDS TỪ QUÁ TRÌNH LÊN MEN CHỦNG CANDIDA BOMBICOLA SỬ
DỤNG MỠ CÁ TRA
Nguyễn Thanh Loan*, Nguyễn Phương Huyền,
Phạm Hồng Hạnh, Lê Thị Hằng
Viện Kỹ thuật Công nghệ Cao, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
*Tác giả liên hệ:
TÓM TẮT
Sophorolipids (SLs) là dạng chất hoạt động bề mặt sinh học thuộc nhóm glycolipid, được tổng
hợp từ quá trình lên men bởi các vi sinh vật không gây bệnh, dễ dàng thu hồi sản phẩm và có
thể được sản xuất từ những nguồn phụ phẩm của các ngành khác. Trong nghiên cứu này,
chúng tôi đã tiến hành thu nhận và khảo sát một số hoạt tính sinh học của sophorolipids từ
q trình lên men chủng Candida bombicola sử dụng mỡ cá tra - nguồn phụ phẩm của ngành
công nghiệp chế biến thủy sản. Kết quả cho thấy rằng sản lượng SLs cao nhất thu nhận được
là vào ngày lên men thứ 7 với nhiệt độ thích hợp là 25oC, 10% glucose, 10% mỡ cá tra và pH
6,0. Khảo sát hoạt tính sinh học của SLs cho thấy SLs có khả năng kháng các chủng vi khuẩn
như S. aureus, E. coli và P. aeruginosa. Bên cạnh đó, SLs cũng cho thấy khả năng bắt gốc tự
do với IC50= 4,45 mg/ml và cho khả năng tạo nhũ với một số cơ chất kỵ nước.
Từ khóa: Candida bombicola, Sophorolipids, chất hoạt động bề mặt sinh học, cá tra.
THE STUDY OF PRODUCTION AND BIOLOGICAL ACTIVITIES OF
SOPHOROLIPIDS FROM Candida bombicola USING CATFISH FAT
Nguyen Thanh Loan*, Nguyen Phuong Huyen,
Pham Hong Hanh, Le Thi Hang
Hi-Tech Institute, Nguyen Tat Thanh University
*Corresponding author:
ABSTRACT
Sophorolipids (SLs) are type of biosurfactants belong to glycolipids group which is

synthesized from the fermentation process by non-pathogenic microorganisms, easily to
recover the products and can be produced from the by-products in other fields. In this study,
we produced and surveyed some biological activities of sophorolipids from Candida
bombicola using catfish fat – the by-product of the seafood processing industry. The results
showed that the highest SLs yield was obtained on the 7th fermentation day at 25°C, 10%
glucose, 10% of catfish fat and pH 6,0. In addition, SLs exhibited the ability to resistant
S. aureus, E. coli and P. aeruginosa. SLs also showed free radical scavenging with IC50=
4,45 mg/ml and the ability to emulsify with some hydrophobic agents.
Keywords: Candida bombicola, Sophorolipids, biosurfactant, Pangaius hypophthalmus.
TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về sophorolipids (SLs)
Sophorolipids (SLs) là những glycolipid
ngoại bào được tổng hợp từ quá trình lên
men bởi các chủng nấm men như Candida
bombicola, C. apicola, C. bogoriensis,
Wickerhamiella domericqiae...
Sophorolipids là những phân tử lưỡng cực
gồm một nhóm disaccharide sophorose liên
kết với gốc hydroxyl của carbon kế cuối
trong chuỗi acid béo C16 - C18. Hai dạng cấu
trúc chính của SLs là dạng acid tự do và dạng

vịng lactone (Hình 1). SLs acidic hình thành
khi đi cacbonxyl của acid béo ở dạng tự
do. SLs lactonic hình thành do sự ester hố
bên trong giữa đi cacbonxyl của acid béo
và nhóm spophorose ở vị trí 4” hoặc 6’ hay
6”. Sự khác biệt trong cấu trúc hoá học dẫn
tới sự khác biệt về đặc tính lý hố. SLs
lactonic có hoạt tính kháng khuẩn, giảm sức

căng bề mặt trong khi đó SLs acidic có khả
năng tạo bọt và có tính tan tốt.

433


Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

Kỷ yếu khoa học

Hình 1. Cấu trúc dạng hoá học của lactonic sophorolipid và acid sophorolipid
Hiện nay, SLs đang nhận được sự quan tâm glucose, 5 g yeast extract, 1 g KH2PO4, 0,5 g
nghiên cứu của các nhà khoa học nhiều nhất MgSO4, 0,1 g NaCl, 0,1 g CaCl2, 0,7 g
bởi khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực peptone và 10% (v/v) mỡ cá tra. 100 ml môi
như sản xuất chất tẩy rửa, thực phẩm, mỹ trường lên men được chứa trong bình erlen
phẩm, dược phẩm, dệt may, xây dựng... và 250 ml, bổ sung 5% (v/v) chủng giống vào
đặc tính ưu việt của chúng so với chất hoạt môi trường và tiến hành lên men trong 7
động bề mặt hoá học như khả năng phân huỷ ngày ở 25oC và lắc 180 vòng/phút.
sinh học tốt hơn do có độc tính thấp và thân Phương pháp tách chiết thu nhận SLs
thiện với môi trường. Bên cạnh đó SLs cịn Dịch sau lên men tiến hành ly tâm thu sinh
được sản xuất từ những nguyên liệu rẻ tiền khối tế bào, dịch nổi và phần cặn sinh khối
và có thể tái sử dụng lại. Việc nghiên cứu sản lần lượt được chiết với n-hexane tỷ lệ 1:1
xuất SLs khơng chỉ góp phần giải quyết đáng (v/v) nhằm loại bỏ dầu thừa cịn sót lại trong
kể vấn đề cạn kiệt nguồn nguyên liệu dầu mỏ quá trình lên men. Sau đó, dịch nổi và phần
mà cịn tận dụng được các nguồn phế thải từ cặn sinh khối lần lượt được chiết tiếp với
các ngành cơng nghiệp khác góp phần cải ethyl acetate tỷ lệ 1:1 (v/v) để thu nhận SLs.
thiện môi trường. Trong nghiên cứu này, Phần dung môi sau khi chiết với ethyl acetate
chúng tôi tận dụng nguồn phụ phẩm mỡ cá có chứa SLs được đem đi cô quay ở nhiệt độ
tra cho lên men sản xuất SLs từ chủng 40oC nhằm loại bỏ dung môi, thu nhận sản
Candida bombicola và khảo sát một số hoạt phẩm SLs.

tính sinh học của SLs thu nhận được.
Phương pháp xác định nồng độ ức chế tối
thiểu (MIC)
Các chủng vi khuẩn sẽ được nuôi cấy trên
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
môi trường thích hợp có nồng độ của các tác
Vật liệu nghiên cứu
Chủng nấm men Candida bombicola ATCC nhân kháng khuẩn khác nhau. Nồng độ thấp
22214. Các dung tách chiết như hexane, nhất của tác nhân kháng khuẩn sẽ được xác
methanol, ethyl acetate được cung cấp bởi định khi tại đó có sự tác dụng ức chế hồn
cơng ty hóa chất Xilong (Trung Quốc). Mỡ toàn sự phát triển của vi khuẩn.
cá tra được cung cấp bởi Công ty Cổ phần Phương pháp khuếch tán qua giếng thạch
Xuất nhập khẩu Thủy sản AGIFISH An Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn
Giang.
của cao chiết dựa trên phương pháp khuếch
tán trên đĩa thạch của Aibinu và cộng sự
Phương pháp nghiên cứu
(2007).
Phương pháp xử lý mỡ cá tra
Nguồn nguyên liệu mỡ cá tra sau khi thu Phương pháp DPPH
nhận từ nhà máy sẽ được trải qua q trình Thí nghiệm được tiến hành theo phương
tiền xử lý, loại bỏ tạp chất, cặn trước khi tiến pháp của Von Gadow, Joubert và Hansmann
hành lên men thu nhận.
(1997).
Phương pháp hoạt hóa chủng nấm men
Phương pháp xác định chỉ số nhũ hóa
Chủng nấm men C. bombicola được hoạt hóa Chỉ số nhũ hóa sau 24 giờ được tính theo
trong mơi trường MGYP (0,3% malt extract, cơng thức:
1% glucose, 0,3% yeast extract, và 0,5% E24 = 𝐶ℎ𝑖ề𝑢 𝑐𝑎𝑜 𝑐ủ𝑎 𝑙ớ𝑝 𝑛ℎũ 𝑡ươ𝑛𝑔 𝑡ạ𝑜 𝑡ℎà𝑛ℎ ×
𝑇ổ𝑛𝑔 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝑐𝑎𝑜 𝑐ủ𝑎 𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ

peptone) trong 48 giờ ở 25oC và lắc 180
100
vịng/phút.
Phương pháp xử lý số liệu
Phương pháp lên men
Mơi trường lên men sản xuất SLs (g/l): 100 g Các số liệu tính tốn bằng Excel và được xử

434


Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

Kỷ yếu khoa học

lên men chủng C. bombicola với nguồn cơ
chất mỡ cá tra được bổ sung chủng giống với
tỷ lệ 5% (v/v). Kết quả khảo sát ảnh hưởng
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá của các yếu tố đến sản lượng SLs được thể
trình lên men SLs được thu nhận từ quá trình hiện ở bảng 1.
Bảng 1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng SLs
Các yếu tố khảo sát
Kết quả
Thời gian lên men
7 ngày
Nhiệt độ lên men
25oC
pH môi trường
6,0
Hàm lượng glucose

10%
Hàm lượng mỡ cá tra
10%
Kết quả khảo sát cho thấy điều kiện tối ưu (2004).
cho sản xuất SLs sử dụng mỡ cá tra là sau 7 Hoạt tính kháng khuẩn của SLs
ngày lên men ở 25oC, pH 6.0 và nồng độ các Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn bằng
cơ chất là 10%. Kết quả thu được giống với phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch của
các kết quả nghiên cứu của Daverey và SLs được mô tả ở Bảng 2.
Pakshirajan (2009), Solaiman và cộng sự
Bảng 2. Kết quả khảo sát khả năng kháng khuẩn của SLs thu được trên đĩa thạch.
Nồng độ ức chế
Đường kính vịng
STT
Chủng vi khuẩn
tối thiểu
kháng khuẩn (mm)
(mg/ml)
1
Staphylococcus aureus
21 ± 2,3
4,5
2
Pseudomonas aeruginosa
11 ± 0,5
10
lý bằng phần mềm SigmaPlot.

3

Eschericha coli

10 ± 0,3

4
Bacillus subtilis
Hỗn hợp SLs thu được có khả năng kháng lại
các chủng vi khuẩn thuộc Gram (+) mạnh
hơn so với các chủng vi khuẩn thuộc Gram
(). Về nồng độ ức chế tối thiểu, SLs thu được
có hoạt tính ức chế mạnh nhất là là S. aureus
(4,5 mg/ml) và yếu nhất P. aeruginosa và E.
coli (10 mg/ml). Mặc dù hoạt tính kháng
khuẩn của SLs trong nghiên cứu này cịn
thấp, tuy nhiên vẫn cho thấy được tiềm năng
ứng dụng SLs như là chất sát trùng, dung
dịch làm sạch trái cây và rau quả hoặc kết
hợp với kháng sinh để tăng cường hiệu quả
điều trị.
Xác định khả năng kháng oxy hoá
Để khảo sát khả năng kháng oxy hố của
SLs, thí nghiệm DPPH đã được thực hiện.
Kết quả được thể hiện ở Hình 2.

10

14,5 ± 0,5
5
Theo như biểu đồ cho thấy khả năng bắt các
gốc tự do DPPH của hỗn hợp SLs thu được
tăng dần theo nồng độ của SLs từ 0,078 – 20

mg/ml. Ở nồng độ 20 mg/ml SLs có khả
năng kháng oxy hóa 84,32%. Nồng độ SLs
thu được ức chế các gốc tự do DPPH ở 50%
(IC50) cũng được xác định là 4,4531 mg/ml.
Từ kết quả trên cho thấy SLs có tiềm năng
ứng dụng trong ngành cơng nghiệp mỹ phẩm
với cơng dụng trẻ hố da.
Hoạt tính nhũ hố của SLs
Khả năng tạo nhũ được coi là một trong
những hoạt tính cơ bản của chất hoạt động bề
mặt. Kết quả thấy rằng ở nhiệt độ 30oC trong
5 - 10 phút, hỗn hợp SLs thu được tạo lớp
nhũ tương và có khả nhũ hoá một vài chất
được khảo sát. Hỗn hợp SLs thu được có khả
năng tạo nhũ mạnh đối với dầu hạt cải và yếu
đối với tween. Điều này chứng minh rằng
khả năng tạo nhũ của SLs phụ thuộc vào sự
tương tác trực tiếp giữ phần kị nước và phần
ưa nước.

Hình 2. Khả năng bắt gốc tự do DPPH

435


Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

Bảng 3. Kết quả nhũ hoá của SLs thu được
với các chất kị nước
Chỉ số nhũ hoá

STT Cơ chất kị nước
(%)
1
Xăng
37,39% ± 1,08
2
Dầu hạt cải
61,67% ± 1,80
3
Dầu đậu nành
63,23% ± 1,82
4
Tween
24,25% ± 1,76
Như vậy, hỗn hợp SLs thu được có khả năng
nhũ hố một số chất kị nước như là dầu đậu
nành, dầu hạt cải, xăng. Khả năng nhũ hố
của SLs thu được có chỉ số (E24) = 24,25% 63,23%.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Kỷ yếu khoa học

Bước đầu nghiên cứu thu nhận sophorolipids
từ quá trình lên men chủng C. bombicola sử
dụng nguồn nguyên liệu mỡ các tra và
glucose ở quy mơ phịng thí nghiệm, chúng
tơi đã thu nhận sản lượng SLs cao nhất là
1,05 g/100 ml sau 7 ngày lên men ở 25oC, pH
= 6, tốc độ lắc 180 vịng/phút. SLs thu nhận
có một số hoạt tính : khả năng kháng một số

vi khuẩn như S. aureus, E. coli và P.
aeruginosa. Bên cạnh đó, SLs cũng cho thấy
khả năng bắt gốc tự do với IC50= 4,45 mg/ml
và cho khả năng tạo nhũ với một số cơ chất
kỵ nước như: xăng, dầu hạt cải, dầu đậu nành
và tween. Kết quả này cho thấy SLs có tiềm
năng ứng dụng trong lĩnh vực mỹ phẩm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
ASHBY R.D, NUNEZ A, SOLAIMAA D.K.Y AND FOGLIA T.A (2005), “Sophorolipid
biosynthesis from a biodiesel co-product stream”, J Am Oil Chem Soc, 82, 625-630.
DAVEREY A AND PAKSHIRAJAN K (2009), “Production, characterization, and properties
of sophorolipids from the yeast Candida bombicola using a low-cost fermentative
medium”, Appl Biochem Biotechnol, 158: 663-674.
DEVELTER D AND LAURYSSEN L.M.L (2010), “Properties and industrial applications of
sophorolipids”, Eur J Lipid Sci Technol, 112, 628-638.
FELSE A.P, SHAH V, CHAN J, RAA K.J AND GROSS R.A (2007), “Sophorolipid
biosynthesis by Candida bombicola from industrial fatty acid residues”, Enzyme
Microb Technol, 40(2), 316-323.
HIRATA Y, RYU M, ODA Y, IGARASHI K, NAGATSUKA A, FUTURA T (2009), “Novel
characteristics of sophorolipids, yeast glycolipid biosurfactants, as biodegradable lowfoaming surfactants”, J Biosci Bioeng, 108, 142-146.
KIM H. S, KIM Y. B , LEE B. S, KIM E. K (2005), “Sophorolipid production by Candida
bombicola ATCC 22214 from a corn-oil processing byproduct”, J. Microbiol
Biotechnol, 15: 55-58.
LÊ VĂN TRỊ, PHẠM THỊ THU HIỀN, NGUYỄN THỊ BÍCH LIÊN, VŨ THỊ MÌNH ĐỨC
(2008), “Phân lập và tuyển chọn các vi khuẩn sinh tổng hợp các chất hoạt động bề mặt”,
Tạp chí Cơng nghệ sinh học, 46(4), 49-55.
SOLAIMAN D. K. Y, ASHBY R. D, NUNEZ A, FOGLIA T. A (2004), “Production of
sophorolipids by Candida bombicola grown on soy molasses as substrate”, Biotechnol
Lett, 26: 1241-124.

TAKAHASHI M, MORITA T, WADA J, HIROSE N, FUKUOKA T, IMURA T AND
KITAMOTO D (2011), “Production of sophorolipid glycolipid biosurfactants from
sugarcane molasses using Starmerella bombicola” NBRC 10243, J Oleo Sci, 60(5),
267-273.

436