nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh hiện đại để sản xuất chế phẩm giàu axit amin và enzym từ nguồn thứ phẩm nông nghiệp và thuỷ hải sản ở qui mô bán công nghiệp

bộ khoa học và công nghệ
viện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch







báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp nhà nớc

nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh
hiện đại để sản xuất chế phẩm axit amin
và enzym từ nguồn thứ phẩm nông nghiệp
và hải sản ở quy mô bán công nghiệp

m số: kc.04.20


chủ nhiệm đề tài: pgs.ts nguyễn thùy châu

5980
23/8/2006



hà nội - 2006







1
Danh sách những ngời tham gia thực hiện đề tài

Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu
1

1/ Đề tài nhánh: Sử dụng kỹ thuật hiện đại trong chọn tạo các chủng giống vi sinh vật
PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu
1
, chủ nhiệm đề tài nhánh
TS. Đinh Duy Kháng
5

NCS. Đỗ thị Ngọc Huyền
1

Th.S. Vũ Kim Thoa
1
KS. Nguyễn Ngọc Huyền
1
CN. Nguyễn Thị Hơng Trà
1
Th.S. Bùi Thị Hơng
1
2/ Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ sản xuất axit amin L-lysin
PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu
1
, chủ nhiệm đề tài nhánh
Th.S. Vũ Kim Thoa
1
KS. Nguyễn Ngọc Huyền
1
KS. Trần Văn Tuân
3/ Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ sản xuất axit amin L-methionin
Th.S. Bùi Thị Hơng
1
, chủ nhiệm đề tài nhánh
CN. Vũ Thị Hơng
1
CN. Nguyễn Tuấn
1
KS. Đỗ Minh Trung
1
4/ Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym phytaza
NCS. Đỗ Thị Ngọc Huyền
1

, Chủ nhiệm đề tài nhánh
CN. Nguyễn Thị Hồng Hà
1
KS. Lê Thiên Minh
1
CN. Đỗ Tất Thủy
1
5/ Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym pectinaza
KS. Trơng Thanh Bình
1
, Chủ nhiệm đề tài nhánh
PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu
1
, đồng chủ nhiệm đề tài nhánh
CN. Lê Thanh Hơng
1




2
CN. Nguyễn Ngọc Linh
1
CN. Đỗ Thị Thu Hiền
1
6/ Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym mananaza
PGS. TS. Đặng Thị Thu
2
, Chủ nhiệm đề tài nhánh
NCS. Đỗ Biên Cơng

2
KS. Phùng Thị Thủy
2
7/Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ sản xuất thịt quả cà phê lên men làm thức ăn
gia súc
CN. Nguyễn Thị Hơng Trà
1
, Chủ nhiệm đề tài nhánh
PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu
1
, đồng chủ nhiệm đề tài nhánh
KS. Ngô Tất Trung
1
CN. Đỗ Tất Thủy
1
KS. Lâm Tú Minh
1
8/ Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ lên men lactic các phế phụ phẩm của tôm
bằng các chủng vi khuẩn Lactobacillus làm thức ăn chăn nuôi
GS. Lê Văn Liễn
3
, Chủ nhiệm đề tài nhánh
KS. Phạm Ngọc Uyển
3
KS. Phạm Thị Thành
3
KS. Phạm Thị Thoa
3

9/ Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ lên men bã dứa bằng vi khuẩn Lactobacillus

làm thức ăn cho bò sữa
ThS. Nguyễn Giang Phúc
3
, Chủ nhiệm đề tài nhánh
CN. Bùi Thị Thu Huyền
3
CN. Nguyễn Thành Long
3
KS. Nguyễn Văn Dũng
3

KS. Vơng Tuấn Thục
3

KS. Nguyễn Văn Lý
3

CN. Nguyễn Đình Phúc
3
CN. Nguyễn Văn Phơng
3





3


10/Đề tài nhánh: Nghiên cứu công nghệ lên men men lactic các phế phụ phẩm của

cá bằng vi khuẩn Lactobacillus làm thức ăn chăn nuôi
KS. Lơng Văn Chính
4
, Chủ nhiệm đề tài nhánh
CN. Trần Khánh Vân
4
KS. Lê Văn Huyên
4

1
: Viện Cơ điện Nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch
2
: Viện Công nghệ sinh học- Công nghệ Thực phẩm, Trờng Đại học Bách khoa Hà nội
3
: Viện Chăn nuôi Quốc Gia
4
: Viện Di truyền Nông nghiệp
5
: Viện Công nghệ Sinh học- Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia

4
Phần I: Mở đầu

Từ nhiều năm nay việc tận dụng các phế phụ phẩm nông nghiệp và sử dụng chúng
một cách có hiệu quả đa đợc các nhà khoa học và công nghệ trên thế giới hết sức quan
tâm đi sâu nghiên cứu và đã đạt đợc rất nhiều thành tựu trong vấn đề này. Công nghệ
sinh học đóng một vai trò hêt sức quan trọng trong việc tận dụng các phế phụ phẩm nông
nghiệp để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và giá trị dinh dỡng cao nhằm sử dụng
chúng một cách có hiệu quả, tránh tình trạng lãng phí và gây ô nhiễm môi trờng.
Trong những năm gần đây, nhờ chính sách đổi mới của Đảng và nhà nớc, ngành
nông nghiệp nớc ta đã có những bớc tiến bộ rõ rệt. Sản lợng lơng thực cũng nh các
nông sản khác đã tăng một cách đáng kể. Sản lợng lúa gạo đạt gần 34 triệu tấn, đờng
đạt gần 1 triệu tấn, dừa 500.000 tấn, sản lợng dứa là 50 triệu tấn. Cà phê đạt 500.000 tấn.
Sản lợng các nông sản này tăng kéo theo sản lợng các phế phụ phẩm của chúng cũng
tăng theo. Cụ thể: sản lợng cám gạo trong năm 1999- 2000 là 1.7 triệu tấn, lợng cám mì

là 150 nghìn tấn, thịt quả cà phê khoảng 1,5 triệu tấn, rỉ đờng 450 nghìn tấn, bã dứa 10
triệu tấn, bã dứa sau ép 200000 tấn, phế phụ phẩm thuỷ hải sản khoảng 500 nghìn tấn.
Do cha có biện pháp tận dụng một cách khoa học thịt quả cà phê, bã dứa đã gây ô
nhiễm môi trờng và trở thành nỗi nhức nhối của ngời dân vùng chế biến các nông sản
này. Việc nghiên cứu và triển khai các công nghệ sinh học để tận dụng các phế phụ phẩm
này nhằm tạo ra các sản phẩm dinh dỡng cao và có giá trị kinh tế cao phục vụ chế biến
thực phẩm và chăn nuôi là một vấn đề cấp thiết của ngành nông nghiệp cũng nh của các
cán bộ làm công tác nghiên cứu về công nghệ sinh học Việt Nam.
Thực tế cho thấy rỉ đờng ở nớc ta hiện nay chủ yếu mới chỉ đợc sử dụng để sản
xuất cồn. Trong khi đó, có rất nhiều sản phẩm có thể sản xuất đợc từ rỉ đờng để đáp ứng
nhu cầu cuộc sống của nhân dân ta song vẫn cha triển khai đ
ợc. Đặc biệt các axit amin
nh Lysin, Methionine là những chất có thể sản xuất từ rỉ đờng nhng ta vẫn phải nhập
ngoại với số lợng vài trăm tấn/năm trị giá nhiều chục tỉ đồng. Vì vậy, việc nghiên cứu
công nghệ sản xuất các axit amin lysine, methionine là rất cần thiết để đa dạng hoá các
sản phẩm sau đờng và phát triển chăn nuôi, dợc phẩm.
Hiện nay trong thực tế cám gạo, cám mì chủ yếu đợc làm thức ăn gia súc và hầu
nh cha có sản phẩm sinh học nào có giá trị đợc tạo ra từ nguồn cám gạo và cám mì.




5
Ngành cà phê Việt Nam có tốc độ phát triển nhanh vợt bậc so với 20 năm trớc đây, diện
tích cà phê đã tăng 25 lần, sản lợng tăng 100 lần, có nghĩa là năng suất đã tăng 4 lần, tỉ lệ
vỏ thịt quả chiếm khoảng 45% trọng lợng quả, trong khi đó công nghệ sau thu hoạch
không đáp ứng kịp, gây nên những tổn thất nặng nề và gây ô nhiễm môi trờng.
Với nguồn phế liệu thuỷ hải sản rất lớn và đa dạng, bao gồm cá kém chất lợng,
đầu và vỏ tôm, các phụ tạng, đầu, xơng, vây của cá tạo ra từ các xí nghiệp đánh bắt và
chế biến xuất khẩu thuỷ sản. Nguồn nguyên liệu này rất dễ dàng và nhanh chóng bị thối

hỏng do tác động của khu hệ vi sinh vật đa dạng trong điều kiện khí hậu nớc ta. Đây thực
sự là một vấn đề không những làm mất đi một nguồn protein lớn mà con gây ô nhiễm môi
trờng nghiêm trọng.
nớc ta lợng bã cơm dừa sau ép hàng năm lên tới vài trăm nghìn tấn và hiện
nay chỉ đợc sử dụng làm phân bón, vì vậy hiệu quả sử dụng cha cao. Đặng Thị Thu và
các cộng tác viên ở trung tâm công nghệ sinh học- Đại học Bách Khoa Hà Nội đã bớc
đầu tập trung nghiên cứu công nghệ sản xuất enzim mananaza để nâng cao giá trị sử dụng
bã cơm dừa sau ép. Đây là một loại enzim có ý nghĩa kinh tế cao và cha đợc tập trung
nghiên cứu sâu ở Việt Nam. Vì vậy cần đầu t cho vấn đề này cần đầu t cho vấn đề này
nhằm tìm đợc công nghệ sản xuất enzim mananaza ở Việt Nam trong thời gian tới.

Đề tài Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh hiện đại để sản xuất chế phẩm
giàu axit amin và enzym từ nguồn thứ phẩm nông nghiệp và thuỷ hải sản ở qui mô
bán công nghiệp mã số KC-04-20 thuộc chơng trình nghiên cứu khoa học và phát
triển công nghệ sinh học.
Mục tiêu chung của đề tài là: Triển khai công nghệ mới của công nghệ sinh học
trong tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp và thuỷ hải sản nhằm sản xuất các sản phẩm
có giá trị kinh tế phục vụ phát triển nông nghiệp
Mục tiêu cụ thể là: áp dụng đợc các kỹ thuật vi sinh kinh điển và kỹ thuật
sinh học phân tử hiện đại trong công tác chọn tạo các chủng giống vi sinh vật có hoạt
tính cao cho công nghệ tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp nh rỉ đờng, cám gạo, cám
mì, bã dứa, thịt quả cà phê, bã dừa sau ép và phế phụ phẩm thuỷ hải sản nh cá kém
chất lợng, đầu tôm




6

Xây dựng qui trình công nghệ thích hợp để sản xuất các sản phẩm có giá trị cao
nh axit amin L- lysin, L-methionine, các enzym phytaza, pectinaza, mannanaza, các
thức ăn lên men từ các phế phụ phẩm nông nghiệp và phế phẩm thuỷ hải sản làm thức
ăn chăn nuôi
Xây dựng đợc mô hình công nghệ thiết bị thích hợp để sản xuất các sản phẩm
nh axit amin L-lysin, L-methionine, các enzym phytaza, pectinaza, mannanaza, các
thức ăn lên men từ phụ phế phẩm nông nghiệp và thuỷ hải sản làm thức ăn chăn nuôi
Đề tài đợc thực hiện trong 30 tháng từ tháng 9 năm 2002 đến tháng 3 năm 2005
với tổng số kinh phí là 2.700 triệu đồng từ ngân sách SNKH của Nhà nớc. Dới đây là
một số thông tin chung về đề tài:
Chủ nhiệm đề tài:
Họ tên : Nguyễn Thùy Châu
Học hàm, học vị : PGS. TS Chức danh khoa học: NCVC
Điện thoại CQ: 04.9342487
E.Mail:

Địa chỉ cơ quan: Viện Cơ điện Công nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Hà Nội
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Hà Nội
Địa chỉ: Số 4 Ngô quyền, Hà Nội










7

Cơ quan chính phối hợp thực hiện
TT Tên tổ chức Địa chỉ Hoạt động/đóng góp cho đề tài
1 Viện Công
nghệ Sau thu
hoạch
4 Ngô Quyền,
Hà nội.
Chủ trì đề tài, Sử dụng các kỹ thuật
hiện đại trong chọn tạo các chủng
giống vi sinh vật, nghiên cứu công
nghệ sản xuất các axit amin L-lysin,
L-methionin, các enzym phytaza,
pectinaza, công nghệ sản xuất thức
ăn chăn nuôi từ thịt quả cà phê
2 Viện Chăn
nuôi

Thụy
Phơng- Từ
Liêm.
Nghiên cứu công nghệ lên men bã
dứa bằng vi khuẩn Lactobacillus
plantarium và Streptococcus lactis
làm thức ăn cho bò sữa.
3 Viện Chăn
nuôi

Thụy
Phơng- Từ
Liêm.

- Nghiên cứu công nghệ lên men
lactic các phế phụ phẩm của tôm
bằng các chủng vi khuẩn
Lactobacillus làm thức ăn chăn
nuôi
4 Viện Di
truyền Nông
Nghiệp, Viện
Chăn nuôi
Cổ Nhuế- Hà
Nội
- Nghiên cứu công nghệ lên men
lactic các phế phụ phẩm của cá bằng
các chủng vi khuẩn Lactobacillus
làm thức ăn chăn nuôi.
5 Viện Công
nghệ Sinh
học và Công
nghệ thực
phẩm,
Trờng Đại
học Bách
khoa- Hà nội.
Đại Cổ Việt -
Hà Nội
- Nghiên cứu công nghệ sản xuất
enzym mannanaza để sản xuất mano-
oligosacharit từ bã dừa sau ép.

1. Nội dung đề tài:

1. Tuyển chọn bộ chủng giống vi sinh vật có hoạt tính sinh học từ các nguồn
thiên nhiên phục vụ cho đề tài
2. Sử dụng các kỹ thuật hiện đại trong chọn tạo các chủng giống vi sinh vật bao gồm:
+ Sử dụng kỹ thuật đột biến chọn tạo các chủng Corynebacterrium glutamicum
sinh tổng hợp L- lysin và L-methionine cao




8
+ Sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử đề biểu hiện gen mã hóa phytaza đề kháng
nhiệt trong nấm men Pichia pastoris
+ Tách dòng và biểu hiện gen mã hóa bacteriocin từ chủng tự nhiên có tính đề
kháng với vi sinh vật gây bệnh E. coli, Salmonella
3. Nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ lên men axit amin L- lysine, L-
methionine, và các enzym phytaza, pectinaza, mannanaza ở qui mô phòng thí nghiệm và
qui mô bán công nghiệp 150l/mẻ và 1500 l/mẻ
4. Nghiên cứu qui trình công nghệ lên men thịt quả cà phê, bã dứa, phế phụ
phẩm thủy hải sản bằng các vi khuẩn lactic
5. Thử nghiệm và đánh giá các chế phẩm sản xuất đợc trên đàn gia súc gia cầm
2. Danh mục sản phẩm KHCN của đề tài (hợp đồng giữa Chủ nhiệm chơng
trình KC.04 và cơ quan chủ trì đề tài)
TT
Tên sản phẩm Số lợng Chỉ tiêu Kinh tế - kỹ
thuật
Ghi
chú
1
Chế phẩm sinh học
1.1

Chế phẩm axit amin L-
lysin bổ sung vào thức ăn
gia súc cho lợn, gà.
10 kg Chế phẩm L- lysin đạt
từ 30-35g/l
1.2
Chế phẩm L-methionin bổ
sung vào thức ăn gia súc
cho lợn, gà.
10 kg Chế phẩm L-methionin
đạt từ 30-35g/l
1.3
Chế phẩm enzym pectinaza
cho lợn, gà và chế biến mật
ong
10 kg Chế phẩm enzym
pectinaza đạt khoảng
10đv/ml
1.4
Chế phẩm enzym mannanaza
sản xuất mano-
oligosacharit làm thức ăn
cho lợn, gà
5 kg Chế phẩm emzym
mannanaza đạt từ 300 -
400 đv/ml
1.5
Chế phẩm enzym phytaza bổ
sung vào thức ăn gia súc cho
lợn, gà.

10kg Chế phẩm enzym phytaza
đạt từ 80 -85 đv/g
1.6
Chế phẩm thịt quả cà phê
lên men làm thức ăn cho
bò
10 tấn 3 % axit lactic
và 10
5
vi khuẩn lactic/g
chất khô




9
1.7
Chế phẩm bã dứa lên men
làm thức ăn cho bò
10 tấn 3 % axit lactic và 10
5
vi
khuẩn lactic/g chất khô

1.8
Sản phẩm lên men từ các
phế phụ phẩm thuỷ hải sản
làm thức ăn chăn nuôi cho
gia cầm, lợn con.
1 tấn 3 % axit lactic và 10

5
vi
khuẩn lactic/g chất khô.
Chế phẩm có khả năng
tăng trọng của gia súc
từ 15% -20%.
2
Chủng giống vi sinh vật
2.1
Các chủng
Corynebacterium
glutamicum
Corynebacterium
acetoglutamicum Candida
tropicalis, Brevibacterium
falvum tự nhiên và đột
biến sinh L-lysin, L-
methionin cao.
4 chủng Chủng có hoạt tính L-
lysin đạt từ 30g/l -
35g/l
Chủng có hoạt tính L-
methionin đạt từ 30g/l-
35g/l

2.2
Các chủng nấm mốc
Aspergillus niger sinh
pectinaza
2-3

chủng
Chủng có hoạt tính
pectinaza đạt khoảng
10đv/ml
2.3
Các chủng sinh enzym
mannanase
2-3
chủng
Chủng có hoạt
tính mannanaza đạt từ
30- 40 đv/ ml
2.4
Chủng Aspergillus niger tự
nhiên và chủng tái tổ hơp
cho hoạt tính phytaza cao
từ 3-5 lần so với chủng tự
nhiên.
2-3
chủng
Chủng có hoạt tính
phytaza đạt 80-85đv/l

2.5
Các chủng vi khuẩn
Lactobacillus plantarum
sinh axit lactic và
bacteriocin.
2-3
chủng

Lợng bacteriocin đạt
50ppm
3
Qui trình công nghệ:

3.1
Quy trình công nghệ sản
xuất axit amin L-lysin trên
môi trờng rỉ đờng bằng
công nghệ lên men chìm
sục khí.
1 quy
trình
Qui mô 1500l/mẻ
3.2
Qui trình công nghệ sản
xuất axit amin L-
methionin trên môi trờng
rỉ đờng bằng công nghệ
lên men chìm sục khí.
1 qui
trình

Qui mô 1500l/mẻ
3.3
Qui trình côn
g
n
g
h

ệ
sản xuất 3
q
ui Qui mô 1500l/mẻ




10
enzym pectinaza, mananaza,
phytaza trên môi trờng thịt
quả cà phê, bã dừa sau ép,
cám gạo bằng công nghệ lên
men chìm sục khí.
trình
3.4
Qui trình công nghệ lên
men thịt quả cà phê, bã
dứa, phế phụ phẩm thuỷ hải
sản bằng các vi khuẩn lactic.
4 qui
trình


Qui mô 1 tấn thịt quả
cà phê/mẻ
3. Kết quả hoạt động của đề tài
3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
3.1.1. Tổng quan về L-lysin
L-lysine bản chất là một axit amin không thay thế, nghĩa là cơ thể ngời và động

vật không tự tổng hợp đợc axit amin này mà phải trực tiếp thu nhận từ nguồn bổ sung bên
ngoài. Hoạt tính sinh học chỉ biểu hiện ở dạng đồng phân L- lysine mới có giá trị dinh
dỡng với ngời và động vật. L- lysine đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nh:
Sử dụng bổ sung vào thức ăn gia súc làm tăng chất lợng và sản lợng thịt của động vật
nuôi. Trong công nghiệp dợc phẩm L-lysine đợc sử dụng nh một chất dinh dỡng,
kích thích sự ăn ngon miệng, sử dụng nh một chất có nguồn gốc protein bổ sung trong
quá trình cắt đứt căn bệnh "stress và nó cũng có chức năng chống nhiễm trùng máu.
Trong công nghiệp thực phẩm là chất bổ sung làm giầu thực phẩm, nâng cao chất lợng
các loại hạt nh lúa mì, ngô, gạo bởi nếu các sản phẩm này thiếu hụt L- lysine thì giá trị
dinh dỡng rất thấp. Vì vậy trong thực phẩm của con ngời nh thực phẩm dạng chiên,
thực phẩm lỏng, bánh mì thờng đợc bổ sung dạng muối L- lysine. Trong công nghiệp,
L- lysine đợc sản sinh trong môi trờng dinh dỡng lên men bởi các chủng vi khuẩn
Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, B. lactofermentatum hoặc cũng có
thể thu nhận từ dịch thuỷ phân protein động, thực vật.
Trên thế giới việc sản xuất axit amin ở quy mô công nghiệp đã đợc bắt đầu từ năm
1908. Nhật Bản đã có lịch sử trên 40 năm sản xuất và áp dụng axit amin ở quy mô công
nghiệp với sản lợng 90.000 tấn/năm (chủ yếu hai hãng công nghiệp vi sinh khổng lồ là
"Kiowa Hakko" và "Ajinamoto"). ở Pháp (hãng "Eurolysine") có sản lợng L-lysine đạt
khoảng 20 000 tấn/năm. Năm 1983 sản lợng L-lysine trên toàn thế giới là 70 000
tấn/năm nhng đến năm 2000 đã tăng lên 600 000 tấn/năm. Nhiều nhà máy sản xuất L-




11
lysine còn đợc xây dựng ở Mỹ, Tây Ban Nha, các nớc cộng hoà thuộc Liên Xô (cũ) và
Nam T (cũ) Việc gia tăng nhanh chóng sản lợng L-lysine trên thế giới đồng nghĩa với
nhu cầu rất lớn về sản phẩm này.
Hiện nay ở Việt Nam nhu cầu sử dụng lysin cho thực phẩm con ngời và thức ăn
chăn nuôi gia tăng nhanh chóng. Hàng năm chúng ta phải nhập khẩu 100% L-lysin với số

lợng lớn. Trong những năm qua (1980-1985) TS. Hồ Sởng, Viện Công nghiệp Thực
phẩm, đã sản xuất lysin từ chủng tự nhiên có tên là VTP 22( không có tên chi và tên loài)
ở qui mô 5000l/mẻ, chủng này cho sản lợng lysin 30-35g/l. Chế phẩm lysin ở dạng thô là
80% và ở dạng sệt là 15-20%. TS. Ngô Tiến Hiển cũng đã nghiên cứu lên men lysin theo
phơng pháp bề mặt. Tuy nhiên theo nh lý thuyết thì lên men theo phơng pháp bề mặt
không cho sản lợng lysin cao so với phơng pháp lên men chìm sục khí. TS. Ngô Thị
Mại và cộng sự cũng đã nghiên cứu về lysin, chủng sản xuất là chủng Corynebacterium
glutamicum tự nhiên lấy từ nguồn ATCC. Tuy nhiên thách thức lớn nhất với chúng ta là có
rất ít nghiên cứu hoàn chỉnh về L-lysine và cha có cơ sở nào triển khai sản xuất L- lysine
quy mô công nghiệp chất lợng cao, giá thành hạ.
Cho đến nay ở nhiều nớc khác nhau hầu nh tất cả các chủng có hoạt tính cao và
đợc ứng dụng để sản xuất axit amin đều là các chủng đột biến. Đặc biệt là các vi khuẩn
Corynebacterium, Brevibacterium có khả năng phát triển tốt trong những môi trờng chứa
nhiều cacbon và ít nitơ. ở đây sự phá vỡ cân bằng giữa trao đổi chất cacbon và sự đồng hoá
nitơ là nguyên nhân dẫn đến sự hình thành axit amin với số lợng lớn, vợt quá xa so với
nhu cầu nội tại của tế bào và tích luỹ ở tế bào hay thoát ra ngoài môi trờng. Hiện tợng
này đợc gọi là siêu tổng hợp axit amin của vi sinh vật và thờng là do tác động của con
ngời bằng phơng pháp đột biến gây ra để thu đợc sản phẩm mong muốn.
Đặc điểm của chủng vi khuẩn sinh L-lysine
Các chủng vi sinh vật sinh L-lysine đợc dùng trong sản xuất là các thể đột biến
thuộc các giống vi khuẩn C. glutamicum và Brevibacterium. Nhiều chủng đợc tuyển
chọn qua bớc làm đột biến và thu đợc những chủng mới có hoạt lực cao hơn nhiều so
với chủng nguyên thuỷ. Đặc tính của những chủng này là cần biotin với lợng cao hơn
nhiều so với chủng nguyên thuỷ sinh axit glutamic, chịu đợc ở nồng độ đờng lớn tới




12
20% hoặc cao hơn và đặc biệt là cần một số axit amin cho sinh trởng, cũng nh

cho sinh tổng hợp L-lysine. Kinoshita đã thu đợc những chủng sinh L-lysine theo thứ tự
sau: những chủng cần homoserin (hoặc hỗn hợp threonine + L-methionine) > những
chủng cần threonine > những chủng cần isoleucine > những chủng cần leucine > những
chủng cần hỗn hợp isoleucine + leucine. Trong công nghiệp thờng dùng những chủng
thuộc các giống Micrococcus glutamicus, Brevibacterium và C. glutamicum cần
homoserin. Các chủng này có cùng một con đờng tổng hợp L-lysine nh ở E. coli nhng
phơng thức điều hoà lại đơn giản hơn nhiều. Một trong những chủng này không có
enzym L-homoleucinedehydrogenaza.
L-lysine chỉ điều chỉnh ngợc enzym aspactokinaza mà không ức chế ngợc enzym
dehydropicolinatsyntetaza.
Enzym aspactokinaza chịu ức chế ngợc của L-lysine và threonine.
Enzym homoserindehydrogenaza chịu sự ức chế ngợc của threonine













Gluco
Pyruvat
Oxalaxetat
Aspastat
Aspastat phosphat

Aspastat semialdehyt
(2)
(3)
Homoserin
Threonin isoleucin
Methionin
L-lysin
(1)




13
Sơ đồ 1: Sản xuất L-lysine nhờ một thể đột biến C. glutamicum trợ dỡng homoserin.
Những đờng chấm chấm biểu thị sự ức chế bởi sản phẩm cuối cùng. ở chủng
hoang dại L-lysine và threonine cùng gây ra một sự ức chế phối hợp (E) đối với
aspactokinaza (1). Do khuyết homoserin dehydrogenaza (2) mà không có sự tạo thành
threonine. Dihydropicolinat synthase (3) không mẫn cảm dị lập thể. Hậu quả là sự ức
chế bởi sản phẩm cuối cùng (E) bị triệt tiêu và có sự tổng hợp thừa L-lysine.
Có ba phơng pháp đợc dùng để loại sự điều chỉnh ngợc:
Sử dụng chủng đột biến trợ dỡng cần homoserin. Chủng này có thể mọc đợc
khi trong môi trờng có threonine và L-methionine. Với nồng độ axit amin này thấp thì
aspactokinaza sẽ không bị ức chế và L-lysine sẽ tạo thành nhiều hơn.
Sử dụng các chủng đột biến mẫn cảm cao với threonine. Enzym
homoserindehydrogenaza có thể bị ức chế bởi nồng độ threonine rất thấp và aspactokinaza
có thể sẽ không bị ức chế.
Sử dụng các chủng đột biến có khả năng kháng một chất tơng đồng của enzym.
Chúng có enzym aspactokinaza không bị ức chế ngợc bởi L-lysine và threonine.
L-lysine là một axit amin thuộc họ aspactat và đợc tổng hợp qua một con đờng
trao đổi chất phân nhánh mà qua đó homoserin, L-methionine, threonine và isoleucine

cũng đợc tạo thành. C. glutamicum chỉ có một aspactokinaza bị ức chế dị lập thể bởi L-
lysine và threonine
Một axit amin riêng lẻ trong kiểu điều hoà này không có tác dụng ức chế. Bằng
cách sử dụng một thể đột biến cần homoserin và khuyết homoserin dehydrogenaza mà
threonine không đợc tạo thành. Nhờ vậy sự ức chế bởi sản phẩm cuối cùng bi triệt tiêu và
con đờng sinh tổng hợp dẫn tới việc sản xuất thừa L-lysine. Một điều kiện nữa để có sự
tổng hợp L-lysine không ức chế là sự có mặt của gen dihydrodipicolinat-syntetaza không
mẫn cảm với sản phẩm cuối cùng. Do đó không xuất hiện sự ức chế bởi sản phẩm cuối
cùng ở nhánh L-lysine, nh vẫn xảy ra ở các giống khác. ở C. glutamicum có thể tổng hợp
thừa L-lysine nhờ đột biến theo kiểu này.




14
Mặc dù phần lớn axit amin đợc sản xuất từ hoá học, tổng hợp bằng hoá học thì
quang học không tác động đến dạng hỗn hợp D và L. Nhng trong sinh hoá thì axit amin
dạng L là quan trọng nên ngày nay ngời ta thờng sản xuất axit amin bằng con đờng
sinh tổng hợp. Tuy nhiên trong sản xuất công nghiệp axit amin cần phá vỡ cơ chế điều
chỉnh để chủng có khả năng siêu sản xuất (Chibata, K. Nakayama,K and Esaki 1986.
Biotechnology of amino acid production, vol 24, progress in Industrial Microbiology.
Kodansha).
Một ví dụ về sản xuất L-lysine ở chủng Brevibacterium flavum là điều chỉnh sinh
hoá của enzym aspartokinase, lợng L-lysine d làm ức chế ngợc hoạt động của enzym
này và tạo nên dạng L-lysine tơng đồng S-aminoethylcysteine (AEC). Tuy nhiên nếu sử
dụng chủng B. flavum đột biến để sản xuất thì lợng L-lysine d không ức chế ngợc đến
aspartokinase nữa. Đột biến AEC bền sẽ dễ dàng chọn vị trí để sản xuất dạng đột biến của
asspartokinase ở điểm biến đổi không phân biệt đợc AEC hay L-lysine và trong ức chế
ngợc L-lysine bị khử rất nhiều. Chủng đột biến B. flavum có thể sản xuất hơn 60g/l L-
lysine.

Một nhân tố quan trọng khác trong sản xuất axit amin là sự bài tiết. Nói chung sinh
vật không bài tiết axit amin, do có sự ức chế ngợc hay kìm hãm trong đột biến bền
thờng không xảy ra trong tế bào. Việc sản xuất và bài tiết quá mức axit glutamic phụ
thuộc vào tính thấm của tế bào. Vi khuẩn C. glutamicum dùng sản xuất công nghiệp axit
glutamic cần vitamin biotin (là nhân tố cần thiết trong sinh tổng hợp axit béo). Thiếu hụt
biotin dẫn tới tổn thơng màng tế bào và dới điều kiện nội bào axit glutamic đợc bài
tiết. Môi trờng sử dụng để sản xuất axit glutamic thơng mại chứa đầy đủ biotin trong
giai đoạn sinh trởng, sau đó biotin bị thiếu hụt và bài tiết axit glutamic.
Sơ đồ 2,3 : Sản xuất công nghiệp L-lysine ở chủng B. flavum




Ass
p
artate
Lysin
ứ
c chế ngợc
ATP AD
P

As
p
art
y
l
p
hos
p

hate
Ass
p
artate
semialdehyde
Methionine
Threonin
Dih
y
drodi
p
icolinate
Isoleucin
As
p
artokinase




15
(2) con đờng sinh hoá từ aspartate biến đổi thành L-lysine nhng L-lysine có thể
bị ức chế ngợc đến hoạt động của enzym aspartokinase dẫn đến dừng sản xuất L-lysine.

(3) cấu trúc L-lysine và dạng tơng đồng của nó S-aminoethylcystein (AEC). AEC
thờng ức chế sinh trởng, nhng chủng B. flavum đột biến AEC bền ở vị trí biến đổi trên
aspartokinase của chúng đợc sinh trởng và sản xuất quá mức L-lysine do ức chế ngợc
không kéo dài.
Hiện nay các nhà khoa học đã sử sụng các kỹ thuật đột biến bằng hoá chất
(nitrosoguanidin, raffinate) và kỹ thuật sinh học phân tử (tách dòng và biểu hiện các gen
dihydrodipicolinate synthase, aspartate kinase, dihydrodipicolinate reductase) nhằm tăng
hoạt lực của các chủng sản xuất (Caroline,United State Patent, 1999), (Hungming,
International patent, 2001).
3.1.2. Tổng quan về L-methionin
L-methionin là axit amin có nhóm (-S-) và một nhóm cacboxyl (-COOH) trong
phân tử [20,21]. Công thức của L-methionin nh sau:
CH
3
- S- CH
2
- CH
2
-CH - COOH
NH
2
Cũng nh các axit amin khác, L-methionin có thể chịu sự chuyển amin hoá nhng
cùng quá trình này nó tham gia trong nhiều phản ứng hoá sinh trong cơ thể nhờ sự có mặt
nhóm metyl (-CH
3
) trong phân tử, nhóm này sẽ chuyển cho các hợp chất khác.
S
-Aminoeth
y
lc

y
steine
HCNH
2

NH
2

CH
2

CH
2

CH
2

CH
2

COOH
CH
2
CH
2
S


CH
2

NH
2

HCNH
2

COOH
L
y
sine




16
L-methionin công thức phân tử là C
5
H
11
N
1
O
2
S, khối lợng Mol là 149,21. L-
methionin không hoà tan tốt trong nớc.
Con đờng sinh tổng hợp L-methionin:
ở E.coli và các loài họ hàng thì con đờng sinh tổng hợp L-methionin đợc biết từ
sớm. Tất cả các bớc trao đổi chất diễn ra qua 13 gen met gọi là các đơn vị điều hoà met.
ở E.coli gen metA mã hoá homoserine succinyl xúc tác cho việc chuyển hoá homoserin
thành O-acetyl homoserine. Còn ở C. glutamicum gen metA mã hoá homoserine

acetyltransferase và nó sử dụng acetyl coenzym A nh chất cho acyl.
Tuỳ thuộc vào mỗi vi sinh vật, mà quá trình chuyển hoá O_acetyl homoserine
thành homocysteine có thể xảy ra theo hai nhánh. Brevibacterium flavum chỉ sử dụng
nhánh H
2
S để sinh homocysteine. Các loài khác sử dụng đợc cả hai con đờng. Nhng C.
glutamicum thờng sử dụng con đờng Cystathionine.













Aspartate

Aspartate phophate

Asparta
te semialdehyde

Homoserine

O - Acetyl homoserine

Cystathionine

Homocysteine

L-Methionine
Aspartate kinase
Aspartate sermialdehyde dehydrogenase
Homoserine dehydrogenase
Homoserin acetyltransferase (metA)
Cystathionine gamma - synthase
met C
met E hoặc met H
Acetyl coA
Cysteine
H
2
S

met 2
Oxaloacetate




17
Sơ đồ 4: Các enzym điều khiển quá trình sinh tổng hợp L-methionin

Vai trò sinh học và ứng dụng L-methionine trong cuộc sống
L-methionin ảnh hởng lớn đến sinh trởng, sự làm việc của gan, điều hoà hoạt

động của tuyến giáp, khử độc các chất độc xâm nhập vào cơ thể. L-methionin còn có thể
thay thế đợc lợng cystein còn thiếu trong thức ăn gia súc. L-methionin ở mức độ đáng
kể có thể thay thế đợc vitamin cholin là vitamin đóng vai trò quan trọng trong vỗ béo gia
cầm và lợn. Các axit amin bắt buộc phải có trong thức ăn của tất cả các loài động vật, trừ
động vật nhai lại đã trởng thành. ở các loài nhai lại này, các axit amin không thay thế
đợc cung cấp do các vi sinh vật tổng hợp ở dạ cỏ. Vì vậy, đối với lợn và gia cầm ngời ta
đã quan tâm nhiều đến cân đối các axit amin, đặc biệt là L-methionin và L-lysin trong
thức ăn nuôi dỡng. Việc cân đối L-methionin trong khẩu phần thức ăn có ý nghĩa quan
trọng vì L-methionin là một axit amin chứa lu huỳnh là nguồn nguyên liệu cần thiết cho
sự sinh trởng. Việc nhiễm mỡ ở gan là một trong những triệu chứng điển hình nhất của
việc thiếu L-methionin trong khẩu phần thức ăn, bệnh này có thể chữa khỏi khi khẩu phần
thức ăn chứa nhiều axit amin này. Không đủ L-methionin trong thức ăn thì quá trình đẻ
trứng, sắc tố lông ở lợn, gà, vịt sẽ bị cản trở. Khi thêm L-methionin thì quá trình này trở
lại bình thờng. Nhiều công trình nghiên cứu cũng đã xác nhận vai trò quyết định của L-
methionin trong hàng loạt các công trình sinh lý khác. Nó tham gia trong sự trao đổi selen
và cholesterin, trong việc hình thành các hocmon sinh trởng và hocmon adrenotropic ở
phần trớc của não thuỳ. L-methionin cũng rất cần thiết để duy trì trạng thái bình thờng
của hệ thần kinh. L-methionin chứa nhóm chức lu huỳnh đặc biệt quan trọng đối với súc
vật non trong quá trình tăng trởng. Chính vì vậy mà ở các nớc phát triển đã có cơ sở sản
xuất L-methionin để bổ sung chúng vào hỗn hợp thức ăn gia súc. ứng dụng của L-
methionin vào chăn nuôi đã mang lại hiệu quả kinh tế rất cao. Hàng loạt các thí nghiệm ở
Liên Xô (cũ) và các nớc có ngành chăn nuôi phát triển khác chứng minh rằng khẩu phần
thức ăn chăn nuôi đợc bổ sung L-methionin có tác dụng sinh học rất mạnh. ở một số
nớc, để nuôi béo gà con và lợn ng
ời ta làm giàu hầu nh tất cả các hỗn hợp thức ăn bằng
DL-methionin tổng hợp. Trọng lợng gà con trong lứa tuổi 70 ngày khi không cho thêm
L-methionin thì gà mái chỉ đạt 1206 gam, gà trống đạt 897 gam. Nhng khi cho thêm L-

18
methionin thì gà mái đạt 1310 gam, gà trồng đạt 1072 gam. Chi phí thức ăn cho một đơn
vị tăng trọng giảm 7% đến 9%. Trong một thí nghiệm của Enmison và Luis trên cừu cần
2,1gam L-methionin trong một ngày đối với cừu có khối lợng 50kg. ở lứa tuổi rất sớm,
gia cầm cần một lợng lớn các axit amin chứa lu huỳnh đặc biệt là L-methionin để mọc
lông nhanh, vì lông vũ có chứa tới 10% Cistin. Đối với gia cầm còn nhỏ, có lợng lông
phủ tơng đối lớn hơn trên một đơn vị khối lợng, đòi hỏi nhiều L-methionin và Cistin
hơn, nó chiếm 4,5% so với protein, gà mái lấy thịt to cần 4%, gà tây 3,3%. Lợi ích của
việc sử dụng L-methionin vào chăn nuôi là cao nhất khi thức ăn nghèo protein.
Sản xuất L-methionin bằng chủng đột biến
Chủng đột biến Brevibacterium flavum tổng hợp L-methionin, sản phẩm thu đợc ở
dạng đặc trng đồng đẳng với L-methionin:












Giống với L-methionin, dạng đồng đẳng này ức chế hoạt động của homoserin
dehydrogenase và do đó ức chế sinh trởng của vi khuẩn tự nhiên. Tuy nhiên, nếu sử dụng
chủng Brevibacterium flavum đột biến để sản xuất thì lợng L-methionin d không ức
chế ngợc đến homoserin dehydrogenase nữa, chủng đột biến Brevibacterium flavum có
thể sản xuất tốt hơn [20] . Theo hớng này, đầu tiên cần có chủng bố mẹ đột biến để làm

tăng tần số đột biến. Do sản phẩm đột biến bằng vật lý và hoá học là không đặc hiệu, cần
phải tách những đột biến không liên quan, gây bất lợi cho sinh vật, làm chậm sự phát triển
trong nuôi cấy hay làm giảm tế bào. Những chủng không mong muốn có thể loại bỏ bởi
Etionin
CH
3

S
CH
2

CH
2

HCNH
2

COOH
Methionin
CH
3

S
CH
2

CH
2

HCNH

2

COOH
CH
3

S
CH
2

CH
2

HCNH
2

COOH
CH
2





19
lai ngợc chủng đột biến với chủng hoang dại (lai ngợc là lai từng chủng với chủng bố
mẹ tự nhiên của nó).
Sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử để tăng sản lợng L-methionin
Mặc dù việc tạo ra các chủng đột biến có khả năng đề kháng với chất đồng đẳng
của L-methionin đã khắc phục đợc cơ chế ức chế ngợc, từ đó giúp cho sản xuất L-

methionin tăng cao, nhng quá trình ức chế ngợc này vẫn ít nhiều có xu hớng xảy ra,
làm hạn chế sự tăng sản lợng L-methionin. Việc tách dòng, biểu hiện gen metA bằng các
promotor mạnh đã giúp khắc phục đợc hiện tợng nêu trên và làm tăng đáng kể sản
lợng L-methionin.[97]
Để tăng sản lợng L-methionin, hiện nay công nghệ gen đã phân tích đợc yếu tố
làm tăng hoạt động sản sinh L-methionin của chủng C.acetoglutamicum. Goyon và cộng
sự 1998 đã tiến hành tách dòng và xác định trình tự gen met2 là gen mã hoá homserin O-
transacetylase, một trong những enzym của con đờng sinh tổng hợp L-methionin, đây là
phát hiện quan trọng để biết đợc cấu trúc gen. Trong thời gian này đã có nhiều phát hiện
thú vị về con đờng aspartat qua đó sản xuất L-methionin. Tuy nhiên năm 1998, Park
cùng cộng sự đã nghiên cứu metA ở chủng C.acetoglutamicum, gen mã hoá cho homoserin
acetyltransferase enzym đầu tiên của con đờng sinh tổng hợp L-methionin từ homserin.
Việc biến nạp một plasmid mang gen metA vào chủng C.acetoglutamicum đã làm tăng
hoạt tính enzym và khả năng biểu hiện sản phẩm protein lên 10 lần[26].
Khi sản lợng axit amin thấp, việc khuyếch đại các gen sinh tổng hợp axit amin
nhờ phơng pháp ADN tái tổ hợp sẽ cho sản phẩm có sản lợng cao hơn và hoàn thiện
chủng giống. Kỹ thuật này đợc sử dụng để thiết kế chủng siêu sản xuất.
ở nớc ta , vấn đề nghiên cứu về L-methionin là rất mới mẻ. Vì vậy việc nghiên
cứu công nghệ sản xuất L-methionin ở Việt nam là rất cần thiết.
3.1.3. Tổng quan về enzym phytaza
Những nghiên cứu về axit phytic:
Axit phytic là một axit hữu cơ trong phân tử có chứa các gốc phosphat. Nó có mặt chủ
yếu trong hạt của các loại ngũ cốc, đậu đỗ và hạt có dầu. Ngời ta đã xác định đợc rằng axit




20
phytic giữ vai trò nhất định và có những tác động ảnh hởng đến tính chất dinh dỡng của các
loại hạt trên.

Axit phytic có công thức phân tử C
6
H
18
O
24
P
6
và phân tử lợng là 660,04. Danh
pháp quốc tế của axit phytic đợc gọi là myo-inositol 1,2,3,4,5,6 hexakisdihydrogen
phosphate (IUPAC- IUB, 1977) [94]. Thực tế, axit phytic thờng tồn tại dới dạng muối
của các kim loại hoá trị I, II (thờng là Kali- Magiê- Canxi). Các muối này đợc gọi là
phytat và chúng đợc xem nh là kho dự trữ photpho lớn trong các hạt thực vật.
Có nhiều nghiên cứu về mô hình cấu trúc phân tử của axit phytic nhng các nghiên
cứu này lại đa đến những kết luận rất khác nhau. Trong số các nghiên cứu đó có hai
nghiên cứu tiêu biểu của hai nhóm chuyên gia khác nhau đợc biết đến nhiều hơn cả. Đó
là nghiên cứu của Johnson và Tate (1969) bằng phơng pháp cộng hởng điện từ hạt nhân
31
P (
31
P- NMR) và nghiên cứu của Blank và cs (1971) bằng phơng pháp nhiễu xạ tia X.
Tuy nhiên hai nhóm nghiên cứu này lại đa ra hai kết luận trái ngợc nhau.
Theo Johnson và Tate thì trong cấu trúc của phân tử axit phytic có một gốc
phosphat ở vị trí số 2 (gốc phosphat gắn với nguyên tử C số 2) nằm theo hớng trục thẳng
đứng còn các gốc phosphat ở vị trí khác thì có hớng nghiêng một góc so với phơng
thẳng đứng. Ngợc lại, kết luận của Blank lại cho rằng các gốc phosphat 1,3,4,5 và 6 nằm
theo hớng trục thẳng đứng còn gốc phosphat nằm ở vị trí số 2 lại nghiêng theo góc 1/4.
Tuy nhiên, kết luận về cấu trúc phân tử của axit phytic theo phơng pháp Johnson
và Tate đợc nhiều sự tán đồng hơn.
Mô hình theo kết luận này đợc mô tả ở Hình 1

1

4
6
2
3




21
Hình 1: Mô hình cấu trúc phân tử axit phytic (myo- inositol hexakisphosphate).
Các vòng tròn biểu diễn các gốc phosphate, các nguyên tử cácbon đợc đánh số từ 1
đến 6
Các gốc phosphat trong phân tử axit phytic có thể bị tách ra ở các pH nhất định.
Bằng phơng pháp cộng hởng điện từ hạt nhân
31
P(
31
P- NMR) và phơng pháp định phân
pH, các nhà khoa học đã kết luận rằng số gốc phosphat bị ra tách tuỳ thuộc vào khoảng
pH của môi trờng. Họ đã xác định đợc giá trị của hằng số axit pKa khi các gốc phosphat

của phân tử axit phytic đợc tách ra nh sau: trong môi trờng axit mạnh mà pKa = 1,1-
2,1 toàn bộ 6 gốc phosphat của phân tử axit phytic đều bị tách ra; trong môi trờng axit
yếu hơn mà pKa = 5,7 thì chỉ có một gốc phosphat bị tách ra; trong môi trờng axit yếu
mà pKa = 6,8- 7,6 thì có 2 gốc phosphat bị tách ra; còn khi trong môi trờng axit rất yếu,
pKa = 10- 12 sẽ có 3 gốc phosphat bị tách ra. Điều này cho thấy, axit phytic có nhiều khả
năng hình thành hợp chất với các ion dơng đa hoá trị và các protein trong cơ thể vì chúng
có rất nhiều khả năng tồn tại ở các dạng phân tử mang điện tích âm trong một dải pH
rộng.
Chức năng sinh lý của axit phytic:
Axit phytic đợc tìm thấy nhiều trong các hạt thực vật, đặc biệt là hạt các loại ngũ
cốc và hạt các loại đậu đỗ. Vì trong thành phần cấu tạo nên phân tử axit phytic có chứa
một lợng phospho tơng đối lớn nên axit phytic và các muối của chúng trong các hạt
thực vật là một nguồn dự trữ phospho khá dồi dào có thể tận dụng nhằm cung cấp khoáng
chất cho cơ thể. Axit phytic còn là một nguồn dự trữ năng lợng, nguồn myo-inositol
(thành phần cấu tạo nền vỏ ngoài của thành tế bào) tơng đối lớn.
Axit phytic trong các hạt thực vật có những ảnh hởng nhất định đến đặc tính sinh
lý của hạt. Nó tác động đến trạng thái ngủ nghỉ của hạt do nó chống lại sự oxy hoá tự
nhiên trong quá trình ngủ nghỉ(chống lại sự hô hấp) của các hạt thực vật, vì vậy làm chậm
sự phát triển và có thể làm mất khả năng nảy mầm của các hạt này.
Đối với động vật, axit phytic cũng có những vai trò tích cực nhất định. Trong những
vai trò đã đợc biết đến nh là nguồn cung cấp phospho và myo- inositol thì nó còn đợc
coi nh là một tác nhân chống ung th đờng ruột và ung th vú ở động vật. Sự có mặt của




22
axit phytic không tiêu hoá trong đờng ruột có thể bảo vệ cơ thể nhờ khả năng chống lại
sự phát triển của các khối u ở trong ruột.
Vào cuối thập kỷ 80, đầu thập kỷ 90 ngời ta đã chứng minh đợc vai trò gián tiếp

của inositol phosphate trong quá trình vận chuyển vật chất trong tế bào, đặc biệt là vai trò
của inositol - triphosphate. Chúng là dấu hiệu của sự di truyền tính trạng và có liên quan
rất lớn đến sự biến đổi chức năng của tế bào đối với cả tế bào động vật và thực vật.
Ngoài những tác động sinh lý nêu trên, ngời ta dự đoán rằng axit phytic còn có thể
có những chức năng cha biết khác.
Hiệu ứng kháng dinh dỡng của axit phytic
Một đặc tính bất lợi nổi bật nhất của axit phytic đối với cơ thể động vật là hiệu ứng
kháng dinh dỡng. Hiệu ứng này tạo nên do nguyên nhân cấu trúc bất thờng của axit
phytic. Khi phân tử axit phytic ở dạng phân ly hoàn toàn, 6 nhóm phosphate của chúng sẽ
mang tổng điện tích 12. Vì vậy, chúng có nhiều khả năng kết hợp với các ion dơng hoá
trị 1, 2, 3 hoặc hỗn hợp của các ion đó, hình thành nên các hợp chất không hoà tan, nên rất
khó tiêu hoá. Sự hình thành các hợp chất vô cơ không tan trong đờng ruột đã ngăn cản sự
hấp thụ các khoáng chất của cơ thể động vật. Bởi vì axit phytic khi kết hợp với các ion kim
loại nh Fe
3+
, Mg
2+
, Ca
2+
, Zn
+
sẽ ngăn cản khả năng kết hợp của các ion kim loại này với
các axit béo không no làm giảm khả năng tiêu hoá thức ăn của động vật. Nh vậy, yếu tố
này đã làm giảm lợng khoáng cần thiết đợc đa vào cơ thể động vật qua con đờng thức
ăn mà lẽ ra cơ thể động vật có thể hấp thụ đợc, do đó làm giảm giá trị dinh dỡng của
nguồn thức ăn. Vì vậy mà axit phytic đợc coi là một yếu tố kháng dinh dỡng ở động vật,
đặc biệt là các động vật có dạ dày đơn ngăn nh gia cầm, lợn.
Với một số nguyên tố vi lợng, ví dụ nh kẽm (Zn) thì giá trị dinh dỡng của nó
chịu ảnh hởng rất lớn bởi axit phytic. Một vài thí nghiệm đã cho thấy việc bổ sung dần
dần axit phytic vào trong khẩu phần thức ăn của vật nuôi đã ảnh hởng âm tính đến sự hấp

thụ Zn
2+
của cơ thể (cơ thể không hấp thụ đợc Zn
2+
) và tốc độ tăng trởng trọng lợng
của động vật thí nghiệm một cách rõ rệt.




23
Axit phytic có khả năng kết hợp với protein tạo thành phức chất phytat- protein
trong một khoảng pH rất rộng. ở pH rất thấp, axit phytic mang điện tích âm lớn do sự
phân ly của toàn bộ các gốc phosphat trong phân tử. Trong điều kiện này, axit phytic có
thể làm hạn chế khả năng hoà tan của các protein bởi vì có sự liên kết ion giữa các gốc
phosphat cơ bản với các gốc tự do của amino axit (L-lysin, histidin, arginin). Trong môi
trờng có tính axit, axit phytic liên kết chặt chẽ với các protein thực vật do đó điểm đẳng
điện (pI) của các protein thực vật lúc này nằm trong khoảng pH = 4 - 5. ở khoảng pH = 6 -
8, cả axit phytic và protein thực vật đều mang điện tích âm. Tuy nhiên, ở điều kiện này
vẫn có thể hình thành phức chất giữa axit phytic và các protein. Cơ chế xảy ra có thể là sự
liên kết trực tiếp của axit phytic với proton ở các nhóm cuối cùng -NH
2
và - NH
2
của
gốc L-lysine tự do hoặc liên kết qua nhân tố trung gian là một cation đa hoá trị. Cũng bởi
liên kết với protein thực vật nên axit phytic làm giảm khả năng hoà tan và khả năng tiêu
hoá của các protein này do đó làm giảm giá trị dinh dỡng của chúng.
Ngoài việc tạo phức chất với các khoáng chất và các protein, axit phytic còn tác
động đến các enzym nh trypsin, pepsin, - amilaza, - galactosidaza và kết quả là làm

giảm hoạt tính của các enzym tiêu hoá quan trọng này.
Nguồn gốc và sự phân bố của axit phytic trong tự nhiên
Axit phytic thờng tồn tại ở dạng tiền khởi là muối của các ion kim loại có hoá trị
một hay nhiều hoặc có thể là hỗn hợp của chúng, chẳng hạn nh hỗn hợp muối Kali
Magiê trong gạo, hỗn hợp Canxi Magiê - Kali trong các hạt có dầu. Các muối này
thờng tập trung ở một số vùng nhất định trong các hạt thực vật. Axit phytic đợc tích luỹ
dần trong hạt từ khi hạt non đến khi hạt trởng thành trong suốt quá trình chín cùng với
các chất dự trữ khác trong hạt nh tinh bột, lipít Tuy nhiên, mức độ tập trung của axit
phytic trong các hạt thực vật khác nhau là không giống nhau. Ví dụ nh trong các loại ngũ
cốc, axit phytic đợc tích luỹ nhiều trong hạt phấn còn đối với các loại đậu thì axit phytic
đợc tích luỹ nhiều trong các hạt tinh thể của chúng. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, ở
cây một lá mầm nh lúa, lúa mì thì trong nội nhũ và nhân của hạt hầu nh không chứa
phytat mà lợng phytat lại đợc tìm thấy chủ yếu trong phôi và trong lớp tế bào hạt phấn.




24
Ngợc lại, ở cây hai lá mầm thì lợng phytat chủ yếu lại nằm trong thành phần nội nhũ
(chiếm 99%) và chỉ có khoảng 1% là ở trong phôi (hay mầm) của hạt.
Những nghiên cứu về phytase
Khái niệm về phytase
Phytase là một enzym xúc tác cho phản ứng thuỷ phân axit phytic (myo - inositol
hexakisphosphate) thành các myo - inositol phosphate phân tử thấp hơn và các
monophosphate vô cơ. Trong một số trờng hợp, phản ứng thuỷ phân có thể xảy ra hoàn
toàn, giải phóng toàn bộ các gốc phosphat trong phân tử axit phytic (hay phytat) và hình
thành nên các myo - inositol tự do. Phytase có tên gọi đầy đủ, theo quy ớc quốc tế là:
myo - inositol hexakisphosphat phosphohydrolase. Dạng phytat là một phức chất của
phospho với các muối khoáng, protein và các enzym trong các hạt thực vật. Các dạng chất
này đợc coi là yếu tố phi dinh dỡng. Enzym phytase sẽ giải phóng photpho chứa trong

các hạt ngũ cốc, hạt đậu và hạt có dầu bằng cách phá vỡ cấu trúc phytat đồng thời giải
phóng các muối khoáng nh Ca, Mg, các axit amin kết dính trong phân tử phytat.
Hoạt độ phytase của chế phẩm enzym đặc trng cho khả năng xúc tác phân giải
hợp chất phytat (myo- inositol hexakis phosphate) thành các myo- inositol phosphat phân
tử thấp hơn và các gốc phosphat vô cơ. Hoạt độ phytase đợc biểu thị bằng số đơn vị hoạt
độ trong 1ml (hay 1g) chế phẩm.
Định nghĩa đơn vị hoạt độ: Một đơn vị hoạt độ phytase là lợng enzym xúc tác
phản ứng thuỷ phân để giải phóng ra 1
à
mol phosphat vô cơ trong thời gian một phút từ
dung dịch natri - phytat ở 37
0
C, pH = 5,5 và trong các điều kiện của phơng pháp phân tích.
Phân loại phytase
Tổ chức định tên enzym thuộc Hội Hoá sinh Quốc tế đã phân loại phytase thành 2
loại là 3- phytase (EC 3.1.3.8) và 6- phytase (EC 3.1.3.26). Cách định tên này đợc dựa
trên cơ sở xuất phát từ nhóm phosphat đầu tiên đợc giải phóng ra từ phân tử phytat khi
enzym xúc tác phản ứng thuỷ phân. Ngời ta thấy rằng loại 3- phytase (tức enzym xúc tác
phản ứng thuỷ phân hợp chất phytat và giải phóng ra gốc phosphat đầu tiên ở vị trí số 3)