Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ vi sinh để sản xuất một số chế phẩm sinh học dùng trong công nghệ chế biến thực phẩm

B.KH & CN
VCNTP
B.KH & CN
VCNTP

Bộ Khoa học và Công nghệ
Viện Công nghiệp Thực phẩm
301 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội



Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:
Nghiên cứu xây dựng quy trình công
nghệ vi sinh để sản xuất một số chế
phẩm sinh học dùng trong công
nghiệp chế biến thực phẩm


TS. Nguyễn Thị Hoài Trâm






5748
05/4/2006

Hà Nội, 1/2006

Bản quyền 2006 thuộc Viện Công nghiệp Thực phẩm
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trởng
Viện Công nghiệp Thực phẩm, trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu.



Danh sách những ngời tham gia thực hiện đề tàI

TT Họ và tên Cơ quan công tác
1
Chủ nhiệm đề tài
TS. Nguyễn Thị Hoài Trâm

Viện Công nghiệp thực phẩm

2
Chủ nhiệm đề tài nhánh
TS. Trịnh Thị Kim Vân
Viện CNTP
3 ThS. Lê Thị Mai Hơng Viện CNTP
4 ThS. Đỗ Thị Thuỷ Lê Viện CNTP
5 ThS. Đỗ Thị Thanh Huyền Viện CNTP
6 KS. Phạm Đức Toàn Viện CNTP
7 Cử nhân Nguyễn Thanh Hà Viện CNTP
8 KS. Chu Thắng Viện CNTP
9 KS. Bùi Thị Hồng Phơng Viện CNTP
10 ThS. Phạm Thị Thu Viện CNTP
11 ThS. Trần Minh Hà Viện CNTP

12 ThS. Đào Thị Nguyên Viện CNTP
13 ThS. Trơng Hơng Lan Viện CNTP
14 Cử nhân Đỗ Thị Lan Hơng Viện CNTP
15 Cử nhân Lê Văn Trọng Viện CNTP

16
Chủ nhiệm đề tài nhánh
TS. Nguyễn La Anh

Viện CNTP
17 KS. Đặng Thu Hơng Viện CNTP
18 KS. Lê Văn Thắng Viện CNTP
19 ThS. Nguyễn Thị Lộc Viện CNTP
20 ThS. Ngô Mạnh Tiến Viện CNTP

21
Chủ nhiệm đề tài nhánh
PGS. TS. Phạm Thu Thuỷ
Viện Công nghệ Sinh học và Công
nghệ thực phẩm, Trờng Đại học
Bách khoa Hà Nội
22 TS. Quản Lê Hà Viện CNSH & CNTP, ĐHBKHN
23 ThS. Vơng Nguyệt Minh Viện CNSH & CNTP, ĐHBKHN
24 Cử nhân Lã Thị Quỳnh Nh Viện CNSH & CNTP, ĐHBKHN
25 ThS. Lê Lan Chi Viện CNSH & CNTP, ĐHBKHN
26 ThS. Phùng Thị Thủy Viện CNSH & CNTP, ĐHBKHN
27 KS. Trần Xuân Diệu Viện CNSH & CNTP, ĐHBKHN
28 Cử nhân Phạm Thị Quỳnh Viện CNSH & CNTP, ĐHBKHN

29

Chủ nhiệm đề tài nhánh
TS. Phạm Thuý Hồng
Viện Công nghệ sinh học,
Viện Khoa học và Công nghệ VN
30 PGS.TS. Trơng Nam Hải Viện CNSH, VKH &CNVN
31 CN. Trần Thị Hờng Viện CNSH, VKH &CNVN
32 CN. Nguyễn Thanh Thuỷ Viện CNSH, VKH &CNVN
33 ThS. Đỗ Thị Huyền Viện CNSH, VKH &CNVN
34 ThS. Nguyễn Thị Trung Viện CNSH, VKH &CNVN
35 ThS. Trần Ngọc Tân Viện CNSH, VKH &CNVN
36 CN. Đặng Trần Hoàng Viện CNSH, VKH &CNVN
37 CN. Nguyễn Hồng Thanh Viện CNSH, VKH &CNVN
38 KS. Nguyễn Thị Kim Hoa Công ty Cổ phần Bánh kẹo Hải Hà
39 ThS. Trịnh Sỹ Công ty Cổ phần Tràng An
40 KS. Đỗ Huy Toàn Công ty Cổ phần Bánh kẹo Hữu Nghị

BàI tóm tắt

Vấn đề đảm bảo chất lợng và vệ sinh an toàn các sản phẩm thực phẩm hiện
nay đang đợc Nhà nớc Việt Nam đặc biệt quan tâm. Xu hớng sử dụng các thực
phẩm có nguồn gốc thiên nhiên, an toàn, không độc hại, có lợi cho sức khoẻ cả về giá
trị dinh dỡng và chức năng phòng chống bệnh tật đợc cả thế giới quan tâm. Đề tài
khoa học công nghệ cấp Nhà nớc KC - 04 - 27 đã thực hiện những nghiên cứu, sản
xuất thực nghiệm và ứng dụng một số sản phẩm từ vi sinh vật nh chất màu -caroten,
chất nhũ tơng và hoạt động bề mặt glycolipit Mannosylerythritol lipids (MELs), dẫn
xuất của axít amin S-adenosyl L-methionine (SAM) trong chế biến một số sản phẩm
thực phẩm.

Trong quá trình thực hiện, đề tài đã sử dụng các phơng pháp nghiên cứu thông
dụng trong lĩnh vực công nghệ vi sinh, lên men, chế biến thực phẩm. Các phơng pháp

phân tích vi sinh vật, hoá lý, sắc ký đã đợc thực hiện trên các thiết bị thông dụng và
hiện đại nh sắc ký lỏng cao áp, sắc ký cột tinh sạch protein, quang phổ hấp thụ
nguyên tử để đảm bảo các số liệu nghiên cứu là chính xác và đáng tin cậy. Phơng
pháp xử lý giống vi sinh vật bằng hoá chất đột biến đã đợc thử nghiệm để nâng cao
khả năng tổng hợp -caroten của chủng nấm sợi Blakeslea trispora. Các thiết bị nuôi
cấy vi sinh vật theo phơng pháp chìm, hiếu khí đã đợc sử dụng có hiệu quả ở quy
mô phòng thí nghiệm nh các loại máy lắc, bình lên men 14 lít và quy mô xởng thực
nghiệm nh hệ thống thùng lên men 80, 500 và 1500 lít.

Đề tài đã khảo sát, lựa chọn, sử dụng các biện pháp công nghệ, các thiết bị và
chế độ lên men phù hợp để nâng cao hoạt tính 3 chủng nấm sợi Blakeslea trispora
tổng hợp -caroten đạt từ 2580-4930 mg/L, 2 chủng nấm men Pseudozyma antarctica
và P. aphidis sinh chuyển hoá tổng hợp MELs đạt 80-130 g/L và 3 chủng nấm men
Saccharomyces cerevisiae và S. carlbergensis tổng hợp SAM đạt 10-18,5% so với sinh
khối khô. Các kết quả này đã bằng và vợt các số liệu nghiên cứu đã đợc công bố
trên thế giới trong các điều kiện nghiên cứu và sản xuất tơng tự. Các phơng pháp
tách chiết, tinh sạch, phân tích đã đợc nghiên cứu lựa chọn để ứng dụng trong phòng
thí nghiệm và xởng thực nghiệm để tạo các sản phẩm và bán sản phẩm -caroten
MELs, SAM đạt các chỉ tiêu về thành phần chất lợng và vệ sinh an toàn thực phẩm.

Lần đầu tiên, đề tài đã nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ vi nang
hoá sử dụng phơng pháp nhũ hoá-sấy phun để tạo đợc bột màu -caroten tan trong
nớc từ nguyên liệu -caroten tan trong dầu sản xuất theo quy trình công nghệ vi sinh.
Các sản phẩm nghiên cứu, sản xuất thử của đề tài đã đợc nghiên cứu ứng dụng
và sản xuất đại trà 3,5 tấn kẹo, 6,65 tấn bánh quy kẹp kem, xốp kem dùng các sản
phẩm sản xuất theo công nghệ vi sinh là -caroten thay phẩm màu tổng hợp hoá học,
MELs thay cho chất nhũ hoá Lecithin, và chứa hoạt chất sinh học SAM có lợi cho sức
khoẻ ngời tiêu dùng tại Công ty Cổ phần bánh kẹo Hải Hà, Tràng An, Hữu Nghị,
Hơng Sen, Phát Việt và Tùng Lâm.

Ngoài các kết quả đạt đợc trong nghiên cứu, sản xuất thực nghiệm và ứng
dụng trong công nghiệp chế biến bánh kẹo, đề tài đã tham gia đào tạo 13 sinh viên tốt
nghiệp đại học, 5 thạc sĩ trong đó có 3 là cán bộ khoa học của cơ quan chủ trì đề tài, và
góp phần nâng cao trình độ cán bộ khoa học của các cơ quan hợp tác thực hiện đề tài
trong các lĩnh vực vi sinh, lên men, phân tích và chế biến thực phẩm.

Với các kết quả đã đạt đợc, đề tài mong muốn tiếp tục đợc nghiên cứu hoàn
thiện công nghệ, dây chuyền thiết bị sản xuất và thực hiện các thử nghiệm lâm sàng
tác dụng chức năng của các sản phẩm -caroten, MELs và SAM đối với sức khoẻ con
ngời. Để có thể đa các sản phẩm -caroten, MELs và SAM ra đợc thị trờng, đề tài
mong muốn Bộ Khoa học và Công nghệ ủng hộ để thực hiện Dự án sản xuất trong giai
đoạn 2007-2010.

Mục lục

STT Tiêu đề Trang

Mở đầu
1
1.
Chơng 1. Tổng quan
4
1.1.
Giới thiệu về carotenoit và -caroten
4
1.1.1.
Khái quát về carotenoit và -caroten.
4
1.1.2.
Tính chất, chức năng và ứng dụng của -caroten.
6
1.1.2.1.
Tính chất của -caroten.

6
1.1.2.2.
Chức năng và ứng dụng của -caroten.
6
1.1.3.
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của -caroten.
10
1.1.3.1.
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng -caroten trên thế giới.

10
1.1.3.2.
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng -caroten ở Việt Nam.
11
1.1.4.
Giới thiệu về nấm sợi Blakeslea trispora.
11
1.1.4.1.
Giới thiệu chung về nấm sợi Blakeslea trispora.
11
1.1.4.2.
Đặc điểm hình thái và sinh sản loài Blakeslea trispora.
15
1.1.4.3.
Quá trình tổng hợp -caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora.
21
1.1.5.
ảnh hởng của môi trờng và điều kiện nuôi cấy tới quá trình sinh
tổng hợp -caroten của Blakeslea trispora
21
1.1.6. Vi nang và các phơng pháp tạo vi nang. 25
1.1.6.1. Giới thiệu về công nghệ vi nang hoá và vi nang. 25
1.1.6.2. Các phơng pháp tạo vi nang. 27
1.2.
giớI thiệu về chất hoạt động bề mặt sinh học
glycolipit mannosylerythritol lipit (MELs ).
32
1.2.1. Phân loại chất bề mặt sinh học có nguồn gốc vi sinh. 32
1.2.1.1. Glycolipit. 33
1.2.1.2 Lipopeptit và lipoprotein. 36

1.2.1. 3. Axit béo, photpholipit và lipit trung tính. 36
1.2.1.4. Chất bề mặt sinh học polymer. 36
1.2.1.5. Chất bề mặt sinh học dạng hạt. 37
1.2.2. Quá trình sinh tổng hợp chuyển hoá tạo glycolipit. 37
1.2.2.1. Các cơ chế vi sinh vật sản xuất glycolipit. 37
1.2.2.1.1. Phơng pháp tổng hợp sinh học (Biosynthetic). 37
1.2.2.1.2. Phơng pháp chuyển hoá sinh học (Biotransformation). 38
1.2.2.2. Một số quá trình sản xuất glycolipit. 38
1.2.3. Những ứng dụng của các chất sinh học hoạt động bề mặt. 40
1.2.3.1. Khả năng xử lý dầu tràn trên biển. 41
1.2.3.2. Khả năng cải tạo đất. 41
1.2.3.3. Khả năng cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại. 42
1.2.3.4. Khả năng làm sạch dầu trong các thiết bị lu trữ. 42
1.2.3.5. Những nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và
dợc phẩm.
42
1.2.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng MELs trên thế giới và
ở Việt Nam.
44
1.3.
giới thiệu về dẫn xuất của axít amin
S-adenosyl-L-methionine (SAM)
45
1.3.1. Giới thiệu về SAM - Tính chất và công dụng. 45
1.3.1.1. Tính chất của SAM. 47
1.3.1.2. Những ứng dụng chính của SAM. 49
1.3.1.2.1. SAM - chất chống trầm cảm tự nhiên. 49
1.3.1.2.2 SAM là chất siêu dinh dỡng của gan. 52
1.3.2. Các phơng pháp tổng hợp SAM. 58
1.3.2.1. Tổng hợp SAM bằng con đờng hóa học. 58

1.3.2.2. Tổng hợp SAM bằng con đờng enzyme. 58
1.3.2.3 Tổng hợp SAM bằng vi sinh vật. 59
1.3.3. Tổng hợp SAM từ nấm men, các yếu tố ảnh hởng. 60
1.3.3.1.
Đặc điểm chung về nấm men Saccharomyces.
60
1.3.3.2.
ứng dụng của nấm men S. cerevisiae.
62
1.3.3.3.
Sinh tổng hợp SAM từ nấm men Saccharomyces.
63
1.3.4. Thu hồi và tạo sản phẩm SAM từ nấm men. 66
1.3.5. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng SAM. 68
1.3.5.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng SAM trên thế giới. 68
1.3.5.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng SAM ở Việt Nam. 69
2.
Chơng 2. Nguyên vật liệu và phơng pháp
nghiên cứu
71
2.1.
Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy.
71
2.1.1
Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy tổng hợp -caroten.
71
2.1.2 Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy tổng hợp MELs. 72
2.1.3 Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy tổng hợp SAM. 73
2.1.4. Tổng hợp các thông tin về các chủng giống vi sinh vật nhập ngoại. 75
2.2 Phơng pháp nghiên cứu. 76

2.2.1. Các phơng pháp xử lý dịch lên men, tách chiết sinh khối nấm sợi,
phân tích và tạo sản phẩm chất màu -caroten từ nấm sợi
Blakeslea trispora.
76
2.2.2 Các phơng pháp thu nhận, tách chiết, phân tích và tạo sản phẩm
MELs từ nấm men Pseudozyma.
77
2.2.3. Các phơng pháp thu nhận, tách chiết, phân tích và tạo sản phẩm
chứa SAM từ nấm men Saccharomyces.
77
2.2.3.1. Phơng pháp trích ly SAM bằng dung môi. 77
2.2.3.2 Phơng pháp làm sạch SAM. 78
2.2.3.3. Phơng pháp đông khô. 79
2.3. Phơng pháp phân tích. 80
2.3.1. Phơng pháp quang phổ. 80
2.3.2. Phơng pháp sắc ký bản mỏng. 82
2.3.3. Phơng pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC). 83
2.3.4
Phơng pháp xử lý đột biến nấm sợi Blakeslea trispora tổng hợp
-caroten.
84
2.3.5 Phơng pháp phân tích thành phần vệ sinh an toàn thực phẩm các
sản phẩm, bán sản phẩm -caroten, MELs và SAM.
87
2.4. Các phơng pháp tạo sản phẩm. 87
2.4.1.
Phơng pháp tạo sản phẩm bột màu -caroten bằng công nghệ vi
nang hoá.
87
2.4.2. Phơng pháp tạo sản phẩm chứa hoạt chất sinh học SAM. 89

2.5.
Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu, sản xuất thực nghiệm. 90
2.5.1.
Các thiết bị trích ly, phân tích, tinh sạch. 90
1.5.2.
Các thiết bị lên men. 90
2.5.3.
Các thiết bị thu hồi, tạo sản phẩm 91
3.
Chơng 3. Kết quả và bàn luận
92
3.1.
Kết quả nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng chất
màu -caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora.
92
3.1.1.
Khảo sát, lựa chọn và nghiên cứu nâng cao hoạt tính tổng hợp -
caroten của các chủng nấm sợi Blakeslea trispora.
92
3.1.1.1.
Khảo sát khả năng phát triển và sinh tổng hợp -caroten từ các
chủng nấm sợi B. trispora trên môi trờng nhân giống và lên men
92
cơ bản.
3.1.1.2. Nghiên cứu ảnh hởng của thành phần môi trờng và điều kiện
nuôi cấy tới quá trình sinh tổng hợp -caroten của các chủng B.
trispora.
99
3.1.2.1.1.
ảnh hởng của thành phần môi trờng đến sự tổng hợp -caroten

của các chủng B. trispora.
99
3.1.1.2.2. ảnh hởng của điều kiện nuôi cấy đến sự tổng hợp -caroten của
các chủng B. trispora.
104
3.1.1.3.
Nghiên cứu nâng cao khả năng tổng hợp -caroten của các chủng
B. trispora.
107
3.1.1.3.1. Nghiên cứu bổ sung một số chất đặc biệt nh chất hoạt động bề
mặt, tiền chất có cấu trúc vòng .
107
3.1.1.3.2.
Nghiên cứu nâng cao khả năng tổng hợp -caroten của chủng B.
trispora WH
2
bằng phơng pháp xử lý đột biến.
108
3.1.1.4.
Kết quả nuôi cấy các chủng nấm sợi B. trispora trên môi trờng và
điều kiện nuôi cấy chọn lọc quy mô phòng thí nghiệm.
111
3.1.2. Tìm các điều kiện công nghệ thích hợp để lên men trên quy mô
phòng thí nghiệm và xởng thực nghiệm thu nhận sinh khối nấm
sợi giàu -caroten.
113
3.1.2.1. Kết quả lên men trên các thiết bị dung tích 14 lít tại Phòng thí
nghiệm.
113
3.1.2.2. Kết quả lên men trên thiết bị dung tích 500 và 1500 lít tại Xởng

thực nghiệm.
114
3.1.3. Nghiên cứu các điều kiện tách chiết, trích ly, tinh sạch, phân tích
và tạo sản phẩm bột màu thực phẩm -caroten từ nấm sợi
Blakeslea trispora quy mô phòng thí nghiệm và xởng thực
nghiệm.
115
3.1.3.1.
Nghiên cứu các điều kiện tách chiết -caroten từ nấm sợi
Blakeslea trispora.
115
3.1.3.2.
Tinh sạch dịch chiết -caroten.
117
3.1.3.3.
Thu hồi dung dịch đậm đặc và tạo sản phẩm -caroten tan trong
dầu.
119
3.1.3.4. Nghiên cứu các điều kiện công nghệ để tạo sản phẩm bột màu thực
phẩm -caroten từ nấm sợi B. trispora quy mô phòng thí nghiệm
và xởng TN.
120
3.1.3.4.1. Tạo vi nang bằng phơng pháp bốc hơi dung môi. 120
3.1.3.4.2. Tạo vi nang bằng phơng pháp tách pha đông tụ. 122
3.1.3.4.3.
Tạo bột -caroten bằng công nghệ vi nang hoá : nhũ hoá - sấy
phun.
127
3.1.4.
Hoàn thiện công nghệ và sản xuất chế phẩm bột màu -caroten từ

nấm sợi Blakeslea trispora quy mô xởng thực nghiệm trên các hệ
thống thiết bị lên men dung tích 500 và 1500 lít.
131
3.1.5. Kiểm tra, phân tích các chỉ tiêu, chất lợng vệ sinh an toàn thực
phẩm của sản phẩm -caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora.
134
3.1.6.
Nghiên cứu ứng dụng chất màu -caroten từ nấm sợi Blakeslea
trispora trong chế biến, sản xuất một số loại bánh, bánh kem, kẹo
quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp.
137
3.1.6.1. Quy trình sản xuất kẹo mềm. 137
3.1.6.2. Quy trình sản xuất bánh quy kẹp kem. 138
3.1.7. Nghiên cứu tính toán giá thành, hiệu quả kinh tế trong sản xuất và
ứng dụng sản phẩm bột màu -caroten từ vi sinh vật. Đăng ký, giới
thiệu, chào bán công nghệ và sản phẩm.
140
3.2.
Kết quả nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng chất
nhũ tơng hoá và hoạt động bề mặt
glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs).
143
3.2.1. Khảo sát lựa chọn và nghiên cứu nâng cao hoạt tính của các chủng
giống nâm men sinh tổng hợp chuyển hóa glycolipids
mannosylerythritol lipids (MELs).
143
3.2.1.1. Chọn lọc chủng giống nấm men sinh chuyển hóa MELs. 143
3.2.1.2. Xác định đặc tính sinh lý sinh hoá của chủng nấm men lựa chọn. 146
3.2.1.3. Nghiên cứu điều kiện nâng cao hoạt tính các chủng giống nấm
men sinh tổng hợp glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs).

149
3.2.2. Tìm các điều kiện công nghệ thích hợp để lên men quy mô phòng
thí nghiệm và xởng thực nghiệm để sinh chuyển hóa MELs.
151
3.2.2.1. Nghiên cứu điều kiện công nghệ thích hợp lên men sinh chuyển
hóa MELs quy mô máy lắc.
151
3.2.2.2. Nghiên cứu điều kiện công nghệ thích hợp lên men tổng hợp
MELs quy mô 14 lít.
156
3.2.2.3. Xác định điều kiện côn
g
n
g
hệ thích hợ
p
lên men tổn
g
hợ
p
MELs
quy mô 500 lít.
158
3.2.3. Tìm các điều kiện công nghệ, thiết bị thích hợp quy mô phòng thí 159
nghiệm để tách chiết, tinh sạch, phân tích MELs.
3.2.3.1. Xác định điều kiện tách chiết - Lựa chọn dung môi thích hợp. 159
3.2.3.2. Xác định điều kiện tinh sạch. 159
3.2.3.3. Xác định các phong pháp phân tích MELs. 162
3.2.4. Hoàn thiện công nghệ và sản xuất MELs từ vi sinh vật quy mô
xởng thực nghiệm trên các hệ thổng xởng thực nghiệm .

164
3.2.5. Kiểm tra phân tích các chỉ tiêu chất lợng vệ sinh an toàn thực
phẩm của sản phẩm MELs.
167
3.2.6. Nghiên cứu ứng dụng MELs từ nấm men trong chế biến sản xuất
một số bánh, bánh kem quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công
nghiệp.
169
3.2.7. Nghiên cứu tính toán giá thành, hiệu quả kinh tế trong sản xuất và
ứng dụng các sản phẩm MELs trong chế biến một số mặt hàng
thực phẩm.
169
3.3.
Kết quả nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng S-
adenosyl L methionil (SAM) từ nấm men
Saccharomyces cerevisiae.
171
3.3.1. Khảo sát, lựa chọn và nghiên cứu nâng cao hoạt tính tổng hợp S-
adenosyl L methionil (SAM) của các chủng nấm men
Saccharomyces.
171
3.3.1.1. Khảo sát khả năng tổng hợp SAM của một số chủng nấm men
Saccharomyces.
171
3.3.1.2. Nghiên cứu ảnh hởng của thành phần môi trờng và điều kiện
nuôi cấy nấm men Saccharomyces tổng hợp SAM trong điều kiện
phòng thí nghiệm.
173
3.3.1.2.1. Khảo sát ảnh hởng thành phần môi trờng. 173
3.3.1.2.2. Khảo sát chế độ thông khí trong nuôi cấy nấm men tổng hợp SAM. 174

3.3.2. Tìm các điều kiện công nghệ thích hợp để lên men trên quy mô
phòng thí nghiệm và xởng thực nghiệm thu nhận sinh khối nấm
men chứa SAM.
175
3.3.2.1. Nghiên cứu động học quá trình phát triển tổng hợp SAM của nấm
men Saccharomyces trên qui mô máy lắc và thiết bị lên men 14 lít.
175
3.3.2.2. Khảo sát các điều kiện công nghệ lên men 14 lít. 180
3.3.2.3. Khảo sát các điều kiện công nghệ lên men 80 lít tại Xởng thực
nghiệm.
181
3.3.2.4. Khảo sát các điều kiện công nghệ lên men tổng hợp SAM từ nấm
men S. cerevisiae tại Xởng thực nghiệm trên các thiết bị lên men
500 và 1500 lít.
182
3.3.3. Nghiên cứu các điều kiện tách chiết, trích ly, tinh sạch, phân tích
và tạo các sản phẩm chứa SAM từ nấm men quy mô phòng thí
nghiệm và xởng thực nghiệm
.
183
3.3.3.1. Khảo sát các điều kiện tách chiết SAM từ nấm men
Saccharomyces.
183
3.3.3.2. Khảo sát các điều kiện tinh sạch và phân tích SAM. 187
3.3.3.3. Nghiên cứu thu hồi và tạo sản phẩm SAM từ nấm men
Saccharomyces.
193
3.3.4. Hoàn thiện công nghệ và sản xuất chế phẩm chứa SAM từ nấm
men S. cerevisiae quy mô xởng thực nghiệm trên các hệ thống
thiết bị lên men dung tích 500 và 1500 lít.

198
3.3.5. Phân tích, kiểm tra chất lợng vệ sinh an toàn thực phẩm của các
sản phẩm chứa SAM.
200
3.3.6.
Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm chứa SAM từ nấm men S.
cerevisiae trong chế biến, sản xuất một số loại bánh kẹp kem quy
mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp.
201
3.3.7. Nghiên cứu tính toán giá thành, hiệu quả kinh tế trong sản xuất và
ứng dụng các sản phẩm SAM từ vi sinh vật trong chế biến một số
mặt hàng thực phẩm.
202

Kết luận và kiến nghị
205
Tổng quát hoá và đánh giá kết quả thu đợc
207
Lời cám ơn
210

Tài liệu tham khảo
211

Phụ lục

c¸c ch÷ viÕt t¾t
AND Deoxyribonucleic acid
ARN Ribonucleic acid
ATCC American Type Culture Collection
ATP Adenosyl triphosphate
BHT Butylated hydroxytoluen
DSM Deutsche Sammlung von Mikroorganismen
EMS Ethylmethane sulfonate
FDA C¬ quan qu¶n lý thùc phÈm vµ d−îc phÈm Mü
FPLC Fast protein liquid chromatography
FMOC Fluovenyl methyl chloroformolt
GC Gas chromatography
HDL High density lipoprotein
HPLC High perfomance liquid chromatography
IFO Institute for Fermentation Osaka, Japan
IL-2 Interleukin - 2
MELs Mannosylerythritol lipids
MLV Multilamellar vesicle
NBRC National Biological Resource Center, Japan
OPA O-phthlaldehyde
PAH Polycyclic aromatic hydrocarbon
PDA Potato dextrose agar
PCA Perchloric acid
PITC Phenyl isothiocyanate
PP Pyrophosphoric acid

PSA Potato sucrose agar
SAM S - adenosyl L - methionine
SAH S - adenosyl homocysteine
SUV Small unilamellar vesicle
tARN Transport Ribonucleic acid
TBME Ter butyl methyl este
TCVN Tiªu chuÈn ViÖt Nam
TLC Thin layer chromatography
UV-VIS Ultra violet visible




1
mở đầu

Chất lợng của sản phẩm thực phẩm không những bao hàm giá trị dinh dỡng mà
còn bao hàm cả giá trị cảm quan trong đó mầu sắc là một chỉ số quan trọng. Mầu sắc của
sản phẩm thực phẩm không chỉ có giá trị về mặt hình thức mà còn có tác dụng về mặt
sinh lí rõ rệt vì mầu sắc thích hợp sẽ giúp cơ thể đồng hoá thực phẩm đó dễ dàng. Do đó
trong chế biến thực phẩm ngời ta thờng bổ sung chất màu để làm tăng giá trị cảm quan
của sản phẩm.
Carotenoit là nhóm chất màu lớn nhất trong tự nhiên. Màu đặc trng của nhiều loại
thực phẩm, đặc biệt là dải màu từ vàng đến đỏ là do các hợp chất carotenoit tạo thành.
Trong các hợp chất carotenoit thì -caroten đợc quan tâm nhiều nhất do các đặc tính
sinh lý quý báu nh tiền chất của vitamin A, chống oxy hoá, ngăn ngừa bệnh ung th,
giảm nguy cơ các bệnh tim mạch, giảm các bệnh về mắt Một phân tử -caroten sau khi
thuỷ phân cho hai phân tử vitamin A. Vì vậy, -caroten đợc đánh giá là hợp chất có hoạt
tính sinh học cao và quan trọng nhất trong nhóm carotenoit.
Mặt khác vấn đề an toàn thực phẩm đang trở thành mối quan tâm của toàn cầu hiện

nay. ở Việt nam tình trạng ngộ độc thức ăn ngày càng tăng. Theo kết quả điều tra vệ sinh
dịch tễ của Bộ Y tế Việt Nam cho thấy 90% chất mầu sử dụng cho thực phẩm hiện nay
trên thị trờng là không đợc phép. Tình trạng trên cho thấy việc sử dụng chất mầu độc
hại đang lan tràn trên thị trờng.
Có thể thu nhận chất mầu bằng các con đờng: tổng hợp hoá học, khai thác từ các
nguồn nguyên liệu tự nhiên, từ vi sinh vật. Chất mầu có nguồn gốc tự nhiên ngày càng
đợc các công trình khoa học khuyến cáo nên dùng. Những công trình này đã chỉ những
u thế của chất mầu tự nhiên: chịu đợc nhiệt độ, ánh sáng, có khả năng ngăn ngừa quá
trình oxy hoá và đặc biệt là không ảnh hởng tới sức khoẻ của con ngời.
Trong thực tế, -caroten có thể nhận đợc bằng tổng hợp hoá học, tách chiết từ thực
vật hay sản xuất từ vi sinh vật. Trên thế giới đã có một số nớc nh Đức, Hàn Quốc,
Italia, Nhật, Anh, Nga, Australia, Bồ Đào Nha, Hy Lạp, Trung Quốc có nghiên cứu sản
xuất carotenoit, đặc biệt là -caroten từ vi sinh vật nh vi tảo, nấm men đỏ. ở một số
nớc, nấm men đỏ đã đợc nghiên cứu tạo bột nấm men giàu protein-carotenoit ở qui mô
phòng thí nghiệm và qui mô thực nghiệm để bổ sung vào thành phần thức ăn cho gia cầm.
Trong các nguồn vi sinh vật có thể sử dụng để sản xuất -caroten, loài nấm sợi
Blakeslea trispora đợc chú ý nhất vì khả năng sinh tổng hợp carotenoit với hàm lợng -
caroten cao (85-95% carotenoit) và có thể sản xuất ở qui mô công nghiệp với nguồn
nguyên liệu rẻ tiền. Hiện tại, -caroten đợc sản xuất từ nấm sợi Blakeslea trispora trên

2
qui mô công nghiệp ở một vài quốc gia nh Nga, Ukaraina, Hà Lan, Trung Quốc Năng
suất 400-2000 tấn -caroten tinh khiết/năm.

Hiện nay thị trờng thế giới đòi hỏi một nhu cầu lớn về chất hoạt động bề mặt.
Glycolipit là nhóm phổ biến nhất trong các chất hoạt động bề mặt sinh học đợc sinh tổng
hợp bởi vi sinh vật thuộc tất cả các nhóm vi khuẩn, nấm men, xạ khuẩn, nấm mốc. Các vi
sinh vật này có khả năng chuyển hoá hydratcarbon, n- alkan (C10- C20), chất béo (C10-
C22) thành glycolipit. Có nhiều nghiên cứu đã công bố về Candida bombicola có khả
năng sản xuất sophorose lipit, Rhodococcus erythropolis sản xuất trehalose lipit,

Pseudomonas sp. sản xuất ra rhamnose lipit, Acinetobacter calcoaceticus sản xuẩt ra
emulsan (lipoheteropolysaccharide), Candida antarctica, Ustilago maydis,
Kurtzmanomyces sp. có khả năng sản xuất mannosylerythritol lipit (MELs).
Các hợp chất trên có đặc điểm giống nhau là có cấu trúc gồm 2 cấu phần: phần a
nớc (hydrophylic) và phần kị nớc (hydrophorbic). Do đó glycolipit có tính chất là chất
nhũ tơng và huyền phù hóa, và là chất hoạt động bề mặt. Những u thế của các chất này
so với các chất tổng hợp hoá học là xuất phát từ tự nhiên, chịu phân huỷ sinh học, có tính
năng hoạt động tốt ở rải pH và nhiệt độ rộng, đa dạng và không có tính độc. Do vậy chất
hoạt động bề mặt sinh học có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau.
Trong công nghiệp thực phẩm chất hoạt động bề mặt sinh học đợc sử dụng nh chất
nhũ tơng hoá. Quá trình nhũ tơng hoá đóng vai trò quan trọng trong việc đồng hoá các
thành phần, tạo độ đặc và kết cấu của sản phẩm. Trong công nghiệp sản xuất bánh mỳ,
chúng có tính làm nhũ tuơng hoá những mô mỡ vỡ trong bột nhào. Glycolipit từ Candida
utilis đợc sử dụng trong nớc trộn salát.

Rất nhiều sản phẩm có hoạt tính sinh học đợc tổng hợp nhờ công nghệ lên men. Một
trong số các hoạt chất này là S - adenosyl L- methionil (SAM) - đợc tổng hợp nhiều
trong nấm men. SAM tham gia vào trên 40 phản ứng sinh hoá và còn là nguồn dợc liệu
quý trong lĩnh vực Y - Dợc. SAM đợc sử dụng để điều trị một số bệnh nh suy nhợc
lâm sàng, làm giảm nguy cơ ung th ruột và gan và có vai trò quan trọng ngăn ngừa bệnh
tim, viêm khớp, chứng đột qụy và thiểu năng thần kinh
Tuy vậy cho đến nay SAM mới chỉ đợc a sử dụng ở một số nớc phát triển nh
Mỹ, ý và một số nớc Châu âu khác vì giá thành của sản phẩm rất cao. Còn ở Việt Nam
vẫn cha có nghiên cứu nào cũng nh cha có nơi nào sản xuất SAM.

Để tạo ra các sản phẩm bột màu -caroten tự nhiên, chất hoạt động bề mặt glycolipit
Mannosylerythritol lipids (MELs) và dẫn xuất của axít amin S - adenosyl L methionil

3
(SAM) có nguồn gốc từ vi sinh vật, đề tài KHCN cấp Nhà nớc KC-04-27 đã thực hiện

các nội dung nghiên cứu sau:
1. Khảo sát, lựa chọn và nghiên cứu nâng cao hoạt tính tổng hợp -caroten của các
chủng nấm sợi Blakeslea trispora, các chủng nấm men sinh tổng hợp chuyển hoá
glycolipit Mannosylerythritol lipids (MELs) và các chủng nấm men sinh tổng hợp
S-adenosyl L methionil (SAM);
2. Tìm các điều kiện công nghệ thích hợp để lên men trên quy mô phòng thí nghiệm
và xởng thực nghiệm thu nhận sinh khối nấm sợi giàu -caroten, sinh tổng hợp
chuyển hoá MELs và sinh khối nấm men chứa SAM;
3. Nghiên cứu các điều kiện tách chiết, trích ly, tinh sạch, phân tích và tạo sản phẩm
bột màu thực phẩm -caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora; chất hoạt động bề mặt
sinh học MELs và các sản phẩm chứa SAM từ nấm men quy mô phòng thí nghiệm
và xởng thực nghiệm;
4. Hoàn thiện công nghệ và sản xuất chế phẩm bột màu -caroten, MELs và chế
phẩm chứa SAM từ vi sinh vật quy mô xởng thực nghiệm trên các hệ thống thiết
bị lên men dung tích 500 và 1500 lít;
5. Kiểm tra, phân tích các chỉ tiêu, chất lợng vệ sinh an toàn thực phẩm của sản
phẩm -caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora; MELs và SAM từ nấm men;
6. Nghiên cứu ứng dụng chất màu -caroten, MELs và SAM từ nấm men trong chế
biến, sản xuất một số loại bánh, bánh kem, kẹo quy mô phòng thí nghiệm và quy
mô công nghiệp.
7. Nghiên cứu tính toán giá thành, hiệu quả kinh tế trong sản xuất và ứng dụng các
sản phẩm -caroten, MELs và SAM từ vi sinh vật trong chế biến một số mặt hàng
thực phẩm. Đăng ký, giới thiệu, chào bán các công nghệ và sản phẩm -caroten,
MELs và SAM từ vi sinh vật.

4
Chơng 1
tổng quan

1.1. Giới thiệu về carotenoit và -caroten.
1.1.1. Khái quát về carotenoit và -caroten.
Carotenoit là nhóm chất màu isoterpen không no, không tan trong nớc, tan trong
chất béo, có màu từ vàng, da cam đến đỏ, bao gồm 65 - 70 sắc tố tự nhiên, và là một trong
những hợp chất màu quan trọng nhất đợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm.
Carotenoit thờng đợc phân làm 2 nhóm. Thứ nhất là nhóm các caroten hydrocacbon
nh là -caroten, torulen và nhóm còn lại là xantophyl bị ôxy hoá nh là torularhodin và
astaxantin (Sutter và Whitaker 1981).
Bản chất tự nhiên của carotenoit là các hợp chất tetratecpen (C
40
H
56
) chứa 8 gốc
isoprene (Lampila và cộng sự, 1985). Cấu trúc cơ bản của các carotenoit là một mạch
thẳng, gồm 40 cacbon đợc cấu thành từ 8 đơn vị 5-cacbon isoprenoit liên kết nhau, đối
xứng qua trung tâm, một số khác chứa các vòng sáu cạnh, còn một số khác nữa chứa thêm
oxy nh các gốc rợu, aldehyde, ketone, carboxylic, epoxide. Điểm nổi bật và đặc biệt
trong cấu trúc là hệ thống nối đôi liên hợp, xen kẽ nối đơn, nối đôi tạo chuỗi polyen.

Chính cấu trúc này đã tạo nên các đặc tính quan trọng nh: dễ bị oxy hoá, đồng phân hoá,
hấp thụ ánh sáng (đặc biệt là ánh sáng tử ngoại) và thể hiện màu của hợp chất (màu càng
đậm khi hệ thống dây nối càng dài) (Sutter và Whitaker 1981).
Từ cấu trúc cơ bản này có thể biến đổi theo các cách: cộng hợp H
2
hoặc dehydro hoá,
hydroxyl hoá, cacboxyl hoá, di chuyển nối đôi, đóng vòng, cắt thành nhiều chuỗi
nhỏTạo nên một lợng lớn các cấu trúc khác nhau. Kết quả là có khoảng 600 hợp chất
khác nhau, đã đợc tách chiết và xác định đặc tính. Một số cấu trúc chính của các ca
rotenoit nh lycopen, caroten đợc trình bày ở hình 1.1.1.
Lycopen: Lycopen có trong quả cà chua, da hấu, nho hồng và ổi. Mầu đỏ của cà
chua chín chủ yếu là do có mặt của lycopen mặc dầu trong cà chua còn một loạt trong các
carotenoit khác nữa. Trong quá trình chín, hàm lợng lycopen trong cà chua tăng lên 10
lần. Tuy nhiên chất mầu này không có hoạt tính vitamin. Lycopen là tiền -caroten, nó có
tác dụng chống lại ung th tuyến tiền liệt, có tác dụng chống oxy hoá mạnh. Trong cơ thể
tuyến tiền liệt, tinh hoàn, ngực là nơi chứa nhiều lycopen. Lycopen có ở dạng cis và trans,
Bằng cách tạo vòng ở một đầu hoặc cả hai đầu của phân tử lycopen thì sẽ đợc các đồng
phân , , -caroten.



5

Polyen




Lycopen

γ
−
Caroten



β− Caroten



α− Caroten

H×nh 1.1.1. CÊu tróc cña c¸c carotenoit

6
Caroten: Trong các loại rau quả nh cà rốt, quả mơ, bí ngô, bắp cải, rau spinach có chứa
nhóm caroten. Trong nhóm caroten thì -caroten có vai trò quan trọng nhất, -caroten có
cấu trúc rất giống -caroten, chỉ khác nhau ở vị trí nối đôi. Hiện nay các nghiên cứu chỉ
tập trung vào -caroten, chỉ biết một chút về -caroten. Những test thử đã cho thấy -
caroten có thể có hiệu quả hơn -caroten trong việc chống lại các tác nhân gây ung th.
Một nghiên cứu về dịch tễ học cho rằng nếu đa vào cơ thể một lợng -caroten lớn có
khả năng giảm nguy cơ mắc bệnh ung th phổi.

Crypthoxanthin: Crythoxanthin có công thức nguyên là C
40
H
56
O (3 hoặc 4-
hydroxyl-

-caroten). Màu da cam rất đẹp của quýt, của cam chủ yếu là do
crypthoxanthin.
Trong số các hợp chất carotenoit, , , -caroten và crypthoxanthin là những tiền chất
vitamin A quan trọng, cung cấp vitamin A cho cơ thể ngời và động vật. Một phân tử ,
-caroten và crypthoxathin vào cơ thể động vật, sau khi thuỷ phân cho một phân tử
vitamin A, nhng một phân tử -caroten sau khi thuỷ phân cho hai phân tử vitamin A. Vì
vậy -caroten đợc đánh giá là chất có hoạt tính sinh học mạnh và quan trọng nhất của
nhóm các carotenoit (Young và cs, 2003).

1.1.2. Tính chất, chức năng và ứng dụng của -caroten.
1.1.2.1. Tính chất của

-caroten.
- Công thức hoá học của -caroten C
40
H
56.
Khối lợng phân tử: 536,88.
- -caroten là một dẫn xuất isoprene cha bão hoà. -caroten có dạng tinh thể hình
kim, màu nâu đỏ.
- -caroten bền trong môi trờng kiềm và không bền trong môi trờng axít.
- -caroten tan trong dầu và các dung môi hữu cơ nh axeton, etyl-ete, metanol
v.vđặc biệt tan tốt trong dầu, ête, hecxan, -caroten không tan trong nớc.

- Nhờ có hệ thống nối đôi liên hợp dài mà -caroten có ái lực mạnh với oxy đơn bội
nên dễ bị oxi hoá, đồng phân hoá khi tiếp xúc với không khí, ánh sáng hay nhiệt
độ.
- Quang phổ hấp thụ cực đại của -caroten là ở 450 nm [Goodwin, 1980].
1.1.2.2. Chức năng và ứng dụng của

-caroten.
Trong tự nhiên, cơ thể sinh vật có thể tự tổng hợp carotenoit nhằm mục đích bảo vệ,
chống lại các tác động bên trong (bao gồm các gốc tự do) và bên ngoài (tia tử ngoại ánh
sáng mặt trời v.v ). Ngời và động vật không xơng sống sử dụng 50 trong 600 hợp chất
carotenoit để tổng hợp chuyển đổi thành vitamin qua niêm mạc ruột vào gan và nhiều tổ
chức cơ thể khác. Trong số các carotenoit này -caroten có hoạt tính sinh học cao hơn

7
hẳn, gấp 2-3 lần so với các carotenoit khác [Ausich, 1997] và có rất nhiều chức năng và
ứng dụng nh:
- -caroten tham gia vào quá trình tạo sắc tố (tiền Vitamin A).
- Các hợp chất carotenoit, caroten tan trong nớc hoặc tan trong dầu đợc dùng rộng
rãi trong công nghiệp chế biến sữa, tạo màu hoặc chuẩn hoá màu của magarin, dầu
ăn, bơ, trong các sản phẩm nớc giải khát, bắp rang, các loại súp đóng hộp, bánh
kẹo, kem, mỳ ăn liền
- Là chất dinh dỡng chống oxi hoá có tác dụng điều hoà sự đáp ứng miễn dịch
trong cơ thể bằng cách trao đổi thông tin từ tế bào đến tế bào, tác động tới cấu trúc
và chức phận của màng tế bào và tăng sự đáp ứng miễn dịch đối với cơ thể.
- Làm tăng hiệu quả sinh sản do có khả năng tăng cờng quá trình tổng hợp một số
hoocmon giới tính.
- Ngoài ra -caroten còn ngăn cản quá trình tạo khối u, gây đột biến và trao đổi
nhiễm sắc thể chị em, làm giảm các nguy cơ của bệnh tim mạch, động mạch vành
cũng nh đột quỵ.
- Do là một loại sắc tố nên -caroten tham gia vào phản ứng quang hoá tăng cờng

hoạt động của một số enzim ví dụ nh cytochrom P450.
Cơ chế chống oxi hoá :
Trong cơ thể, carotenoit nói chung và -caroten nói riêng có khả năng triệt tiêu các
gốc tự do, dập tắt chuỗi phản ứng dây chuyền. Nhờ có hệ thống nối liên hợp, nó vô hiệu
hoá phân tử oxi bị kích hoạt (
1
O
2
). Một phân tử -caroten có thể hấp thụ năng lợng của
hàng ngàn phân tử
1
O
2
rồi giải phóng năng lợng ấy dới dạng nhiệt vô hại.
1
O
2
+ -caroten ặ -caroten
*
+ -caroten
*
ặ -caroten + Q
( vô hại)

Chức năng sinh học của

-caroten:
Nhờ có những đặc tính u việt nh vậy, -caroten đợc ứng dụng trong rất nhiều
trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, mỹ phẩm, dợc phẩm và trong y tế. Beta-caroten
đợc sử dụng phổ biến làm chất màu trong ngành thực phẩm và mỹ phẩm, là nguồn bổ

sung chất dinh dỡng quan trọng trong khẩu phần ăn. Để đáp ứng nhu cầu về -caroten
có thể sử dụng 2 phơng pháp sản xuất chính. Đó là sản xuất theo con đờng hoá học và
sản xuất theo con đờng sinh học. Sản phẩm -caroten tổng hợp theo con đờng nhân tạo
chỉ có một loại đồng phân duy nhất trong khi đó sản phẩm -caroten tổng hợp theo con
đờng tự nhiên không những có chứa -caroten mà còn có -caroten và -caroten do đó
hệ số tiêu hoá của sản phẩm -caroten tổng hợp nhân tạo chỉ bằng 10% hệ số của -
caroten tổng hợp theo con đờng tự nhiên. Hơn nữa, hoạt tính sinh học của sản phẩm tự
nhiên cao hơn so với hoạt tính sinh học của sản phẩm tổng hợp.

8
Trong lĩnh vực dợc phẩm và y học, -caroten đợc coi là một loại biệt dợc rất hữu
hiệu trong việc phòng, chữa trị các bệnh nan y và còn đợc coi nh một liều thuốc làm
tăng tuổi thọ cho loài ngời. Những nghiên cứu gần đây cho thấy -caroten nhân tạo có
liên quan đến hiện tợng biến đổi nhiễm sắc thể, dẫn đến nguy cơ ng th trong khi đó
thì -caroten tự nhiên lại có khả năng chống lại sự sai khác này do đó có khả năng ngăn
ngừa đợc bệnh ng th. Tính độc của -caroten cũng đợc quan tâm nhiều, đối với các
sản phẩm tự nhiên do có thêm một số các đồng phân khác nên không gây độc tính dù sử
dụng với liều lợng cao trong khi đó -caroten tổng hợp hóa học lại chỉ bao gồm toàn bộ
cấu hình trans nên gây độc khi sử dụng với liều cao. Vì vậy xu hớng hiện nay chủ yếu
tập trung vào sản xuất -caroten theo con đờng sinh tổng hợp tự nhiên.

Đối với -caroten khi ở dạng tiền vitamin A, nó bảo vệ nhiễm sắc tố da để chống lại
hiệu ứng có hại của các tia tử ngoại. Ngời ta khuyên nên dùng bổ sung -caroten trớc
khi làm việc lâu dài dới ánh nắng mặt trời. Nó có thể giúp da phòng chống không những
các tia tử ngoại gây hại mà còn phòng chống lại bệnh ung th da khi dùng trong thời gian
dài.
Dựa trên các nghiên cứu những gốc tự do ngời ta thấy rằng, gốc tự do là một phân tử
nguy hiểm, bởi vì nó không bền và hoạt động mạnh. Nó có khả năng kết hợp rất nhanh
đối với các phân tử khác đặc biệt là lipid và có thể gây nên một phản ứng dây chuyền cực
kỳ nguy hiểm đối với tế bào. Chính các gốc tự do này là nguyên nhân gây nên phản ứng

dị ứng, ung th, các bệnh tim mạch, tai mũi họng, da, niệu bộ, các trạng thái suy nhợc,
mệt mỏi, giảm trí nhớ, giảm khả năng t duy, quá trình lão hoá. Cùng với vitamin C, E,
đồng, mangan, thì vitamin A và -caroten có vai trò quyết định đến sự ngăn ngừa, chống
lại các gốc tự do này (Young và cs 2003).
Đối với động vật có vú, -caroten giữ chức năng sinh học quan trọng trong quá trình
phát triển cá thể nh: phát triển thị giác, vị giác, tăng đáp ứng miễn dịch, tăng sự sinh sản
và tạo tinh trùng. Tác động chủ yếu của carotenoit không chỉ là chống oxy hoá mà còn
trao đổi thông tin từ tế bào này đến tế bào khác, tác động tới cấu trúc và chức năng của
màng tế bào, tăng cờng sự đáp ứng miễn dịch của cơ thể. Chính vì vậy mà carotenoit
đợc xác định là chất điều hoà dinh dỡng.
Đặc biệt -caroten không độc với cơ thể khi sử dụng liều cao và kéo dài. Dùng
vitamin A kéo dài và liều cao sẽ gây rối loạn thị giác, rối loạn chức năng gan. Nguyên
nhân là do cơ thể chuyển hoá -caroten chuyển thành vitamin A khi có nhu cầu. Chỉ 1/6
lợng -caroten chuyển thành vitamin A [Goodwin, 1980].




9

-caroten có hai đồng phân: trans -caroten và cis -caroten, trong đó trans -caroten
có thể chuyển thành dạng cis -caroten. Trong hai đồng phân trên thì trans -caroten có
vai trò rất quan trọng do cơ thể con ngời có thể hấp thụ đợc. Hiện tại các nghiên cứu
chỉ ra sử dụng -caroten tự nhiên (có cả dạng cis và trans) tốt hơn là sử dụng -caroten
tổng hợp bằng con đờng hoá học chỉ chứa dạng trans.
Bác sĩ Phillip Gaffney là một nhà khoa học hàng đầu ở bệnh viện Royal Brisbane đã
khám phá ra rằng nếu ngời bệnh đợc cung cấp -caroten đã làm tăng mức HDL (HDL
là dạng rất tốt của cholesterol) giảm rủi ro cho các bệnh về tim mạch. Một nghiên cứu
khác với 22000 bác sĩ nam đợc cung cấp -caroten đã giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch
hơn hẳn nhóm không đợc cung cấp -caroten [Goodwin, 1980]


-caroten và bệnh ung th: Ung th là sự đột biến hoặc thay đổi DNA của tế bào. Sự
thay đổi này có thể bị gây ra bởi virus, môi trờng, đề kháng yếu, yếu tố về gen, tất cả các
yếu tố trên xuất hiện trên cơ thể chúng cha phát triển đến khi có những tác động của
điều kiện môi trờng chúng mới phát triển mạnh mẽ. Sự đột biến này xẩy ra ở một tế bào
hoặc một nhóm các tế bào. Các tế bào này tự nhân lên đến khi tạo thành một vùng lớn của
chuỗi gây bệnh. Sau một thời gian các tế bào ung th phát triển ở khắp mọi nơi trên cơ thể
theo hệ thống bạch cầu hoặc đờng máu. Ung th phổi khó phát hiện hơn ung th da do
chúng phát triển ở bên trong cơ thể rất khó phát hiện hoặc cảm thấy đợc trên cơ thể
ngời bệnh. Có hàng trăm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, trong đó tế bào đợc cho
tiếp xúc với những chất gây ung th, virus và các tia phóng xạ. Vitamin A và -caroten

cho thấy chúng có khả năng ngăn cản các tế bào chuyển thành các tế bào gây ung th
[Goodwin, 1980].
-caroten cũng có những tác dụng chống ung th riêng cho nó, không phụ thuộc vào
vitamin A. Các nghiên cứu invitro đã cho thấy rằng -caroten và capthaxanthin (một
carotenoit không phải tiền chất của vitamin A) có tác dụng ức chế sự chuyển sang dạng
CH
2

OH
Carotenase
2
Vitamin A

10
tân sản của các tế bào invitro dới tác dụng của các tác nhân vật lý và hoá học. Điều này
có nghĩa là tác dụng chống oxy hoá là một tính chất quan trọng của các carotenoit.
Trong các nghiên cứu trên động vật, vitamin A cũng cho thấy sự ngăn cản sự thành
lập khối u trên động vật thử nghiệm khi tiếp xúc với các chất gây ung th và làm chậm lại
sự phát triển của khối u đã bị biến đổi.
Ngoài bệnh ung th phổi, rất nhiều nghiên cứu trên những tập thể ngời sống ở khắp
nơi trên thế giới từ Mỹ, Anh, Nhật, Phần Lanđã cho thấy mối liên hệ giữa nguồn thực
phẩm giàu vitamin A và -caroten với tỉ lệ thấp mắc các bệnh ung th khác nh: ung th
khí quản, màng trong dạ con, bàng quang, cổ tử cung, vú, tuyến tiền liệt, trực tràng, manh
tràng và dạ dày, kể cả melanoma (một loại ung th da nguy hiểm). Các kết quả thay đổi từ
giảm 8 lần trong ung th phổi đến giảm 80% trong ung th cổ tử cung.

1.1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng -caroten.
1.1.3.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

-caroten trên thế giới :
-caroten sản xuất theo con đờng hoá học hiện nay chiếm khoảng 70%- 80% sản
lợng trên thế giới, tập trung chủ yếu ở: Thuỵ sỹ, Mỹ (Công ty Hofmanroche) và ở Đức
(Công ty Basf). Sản lợng của các nhà máy này đợc xây dựng vào những năm đầu của
thập kỷ 90 đạt khoảng 400- 500 tấn/năm -caroten tinh khiết 98%. Các nghiên cứu trích
ly -caroten từ nguyên liệu thực vật đã đợc nghiên cứu và sản xuất với quy mô nhỏ tại
Mỹ, Nhật, Phần Lan, Anh từ các loại cà rốt chuyển gene chứa khoảng 5,2-12,2
mg/100gam cà rốt tơi, dầu cọ chứa hàm lợng carotenoit khoảng 5mg/100gam dầu cọ thô
với khoảng 1/2 là -caroten và -caroten.

Trên thế giới ở một số nớc: Đức, Hàn Quốc, ý, Nhật, Anh, Nga, úc, Bồ Đào Nha,
Hy Lạp, Trung Quốcđã có những nghiên cứu sản xuất carotenoit đặc biệt là -caroten
từ vi sinh vật. Một số vi tảo nh tảo lam Dunaliella salina, Heamatococcuss pluvialis,
Mantoniella squamata đã đợc nghiên cứu nuôi cấy, tách chiết các hợp chất carotenoit có
chứa -caroten và các dẫn xuất nh: asthaxanthin, zeaxanthin, violaxanthin (Công ty
Nutralite Ltd, Microalgae International Company, Cyanotech INC- Mỹ; Betatene Ltd,
Western Biotechnology- úc). Các chủng nấm men tự nhiên hoặc là gây đột biến có sắc tố
đỏ nh: Rhodotorula glutinis, R. Mucilaginosa, R. rubra cũng đợc nghiên cứu nhiều ở
các nớc nh: ấn Độ, Canada, Pháp, Nga song còn gặp nhiều hạn chế (Lampila và cs
1985).
-caroten đã đợc tổng hợp sinh học từ nấm sợi Blakeslea trispora trên qui mô pilot
và quy mô công nghiệp ở Nga, Ukaraina, Hà Lan, Trung Quốc Năng suất 400-2000 tấn
-caroten tinh khiết/năm. Hiệu suất tổng hợp -caroten đạt 900-1200 mg/lít trong phòng
thí nghiệm và 1350-3500 mg/lít ở quy mô công nghiệp. Sản phẩm bột màu từ vi sinh vật

11
đã đợc thơng mại hoá ở Châu âu, Trung Quốc và đã đợc công nhận là chất màu thực
phẩm, chất vi dinh dỡng và đợc sử dụng với liều lợng không hạn chế (trên 5% trong
thực đơn bữa ăn) (Tài liệu của HĐ thực phẩm Châu âu, 2000).

1.1.3.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

-caroten ở Việt Nam.
ở Việt Nam, các nghiên cứu thu nhận - caroten nh tiền vitamin A từ các nguồn
thực vật nh gấc, vi sinh vật nh tảo, nấm men đã đợc bắt đầu từ những năm 70-80 của
thế kỷ trớc và vẫn đợc tiếp tục trong những năm gần đây (Lâm Xuân Thanh, 2003).
Công ty TNHH chế biến dầu thực vật và thực phẩm Việt Nam (VNPOFOOD). Đại
diện tại Tp.HCM là Công ty Dợc phẩm Quận 10 đã sản xuất dầu gấc viên nang
VINAGA chiết xuất từ gấc có chứa -caroten 1,5 mg/g và lycopen 0,12 mg/g.
Viện Sinh Học Nhiệt Đới, Trung tâm Dinh dỡng Trẻ em Tp.HCM đã nghiên cứu

nuôi cấy tảo Spirulina có hàm lợng -caroten 1,7 mg/g sinh khối khô và Viện Công nghệ
Sinh học nuôi cấy tảo Dunaliella salina 5,4mg/g -caroten trên quy mô phòng thí nghiệm
(Nguyễn Ngọc Doãn và Lê Văn Tri, 1998).
Viện Công nghiệp thực phẩm trong những năm gần đây đã tiến hành một số các đề
tài cấp Bộ Công nghiệp nghiên cứu tổng hợp màu đỏ từ nấm mốc đỏ Monascus sp. theo
phơng pháp bề mặt trong bình tam giác qui mô phòng thí nghiệm; nghiên cứu tổng hợp
và tạo chế phẩm bột giàu protein - carotenoit từ nấm men đỏ Rhodotorula sp theo phơng
pháp lên men chìm ở máy lắc hoặc các bình thuỷ tinh dung tích 10 lít có sục khí. Tuy
nhiên, hàm lợng chất màu, -caroten tách chiết từ sinh khối vi sinh vật còn rất thấp và
cha có các nghiên cứu tạo đợc chất màu thơng phẩm (Phạm Việt Cẩm và Nguyễn
Ngọc Tú, 2000; Phan Tố Nga và Phan Thị Sửu, 2001).
Gần đây Viện Lúa ĐBSCL đã thông báo chọn lựa đợc nhiều dòng lúa mà trong phôi
nhũ có hàm lợng caroten cao. Những dòng lúa này đang đợc khảo nghiệm trên diện
rộng, hy vọng những năm tới sẽ có những giống lúa vừa cho năng suất cao vừa giàu
vitamin A (Le T Vuong, 2000).



1.1.4. Giới thiệu về nấm sợi Blakeslea trispora.
1.1.4.1. Giói thiệu chung chung về nấm sợi Blakeslae trispora.
Nấm sợi Blakeslea trispora thuộc Lớp Nấm tiếp hợp, Ngành Nấm tiếp hợp, Bộ
Mucorales theo sơ đồ phân loại trình bày ở hình 1.1.2. (Mantzouridou và cs, 2002).
Lớp nấm tiếp hợp Zygomycetes.
Năm 1973 theo hệ thống của Takhtadjan giới nấm mới đợc công nhận (Hesseltine
và Ellis).

12
Ngành nấm tiếp hợp có hai lớp nấm là Zygomycetes và Trichomycetes. Lớp nấm
Zygomycetes chỉ chiếm 1% trong giới nấm và sự dụng nguồn cácbon chủ yếu là đờng và
tinh bột. Theo từ điển của nấm mốc, Zygomycetes bao gồm 10 bộ, 32 họ, 124 chi, 870

loài (Thaxter 1914). Trong đó 2 bộ Basidiobolales và Mortierellales đã đợc miêu tả bởi
Cavalier-Smith, tám bộ còn lại đã đợc thảo luận và minh họa trong các bài báo của
Benjamin (1966, 1979), Benny và Donnell (1978). Đặc điểm của lớp nấm này là hữu tính,
hệ sợi không có vách ngăn, phổ biến ở bộ Mucorales và Zoopagales, nhng hệ sợi có
vách ngăn lại phổ biến ở bộ Dimargaritales và Kickxellales (Benny 2001). Sinh sản vô
tính thờng ở các loài không chuyển động, bào tử đơn bào trong các nang bào tử là đa
hoặc đơn bào.
Họ Choanephoraceae.
Theo Hesseltine và Ellis (1893) họ Choanephoraceac chỉ có một chi là Choanephora.
Sau đó một số tác giả đã tìm ra một vài chi trong các họ sau không có mối liên hệ với
nhau Cunninghamella (Cunninghamellaceae), Radiomyces (Radiomycetaceae),
Cokeromyces (Thamnidiaceae), Mycotypha (Mycotyphaceae) và Gilbertella
(Gilbertellaceae), Rhopalomyces (Helicocephabidaceace), Simoideomyces và
Thamnocephalis (Sigmoideomycetaceae) (Kirk 1984, Kirk và cs 2001). Sau một quá trình
sắp xếp thì hiện nay họ Choanephoraceac gồm hai chi là Blakeslea và Choanephora.

Giới : Nấm (fungi)
Ngành: Nấm tiếp hợp (Zygomycota)
Lớp: Nấm tiếp hợp (Zygomycetes)
Bộ: Mucorales
Chi: Blakeslea
Họ: Choanephoraceae
Loài: trispora
Hình 1.1.2. Sơ đồ phân loại nấm sợi Blakeslea trispora