Nghiên cứu quy trình tách chiết beta glucan (β – glucan) từ bã men bia thu nhận tại công ty TNHH nhà máy bia heineken việt nam – đà nẵng bằng phương pháp sinh học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA SINH MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH
CHIẾT BETA-GLUCAN (Β – GLUCAN)
TỪ BÃ MEN BIA THU NHẬN TẠI
CÔNG TY TNHH NHÀ MÁY BIA
HEINEKEN VIỆT NAM – ĐÀ NẴNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA SINH MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH
CHIẾT BETA-GLUCAN (Β – GLUCAN)
TỪ BÃ MEN BIA THU NHẬN TẠI
CÔNG TY TNHH NHÀ MÁY BIA
HEINEKEN VIỆT NAM – ĐÀ NẴNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Ngành: Công Nghệ Sinh Học
Người hướng dẫn: Ths. Lê Vũ Khánh Trang

Đà Nẵng – Năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả trong nghiên cứu khóa luận là trung thực và chưa
từng được ai công bố.
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018
Tác giả khóa luận

NGUYỄN THỊ THẢO


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được khóa luận này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân,
tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo, gia đình và bạn
bè.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Th.S Lê
Vũ Khánh Trang – giảng viên Khoa Sinh – Môi Trường, Trường Đại học Sư
phạm – Đại học Đà Nẵng đã tận tình chỉ bảo cho tôi trong suất quá trình hoàn
thành khóa luận này
Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ
sinh học, cũng như các thầy cô thuộc Khoa Sinh – Môi Trường đã giảng dạy và
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Cảm ơn Công ty TNHH Nhà Máy Bia Heineken Việt Nam – Đà Nẵng
đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi làm nghiên cứu trong suốt thời gian qua.

Đồng thời, tôi xin gửi lời tri ân tới gia đình tôi và bạn bè sinh viên làm
việc tại phòng thí nghiệm thuộc Khoa Sinh – Môi trường, Trường Đại học Sư
phạm – Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện, quan tâm và động viên, góp phần
cho tôi trong suất quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này
thật tốt đẹp.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN THỊ THẢO


iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu

Tên bảng

Trang

bảng
Bảng 1.1

Nguồn nguyên liệu chứa β-glucan

9

Bảng 1.2

Thành phần cơ bản của nấm men

11

Bảng 1.3

Thành phần và trọng lượng các chất của thành tế bào

16

nấm men
Bảng 2.1

Theo dõi sự ảnh hưởng của chế phẩm tới tăng trọng

26

của cá
Bảng 2.2

Theo dõi sự ảnh hưởng của chế phẩm tới tỷ lệ sống sót

27

của cá
Bảng 3.1

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tách chiết β-

28

glucan
Bảng 3.2

Ảnh hưởng của nồng độ protease đến quá trình tách

29

chiết β-glucan
Bảng 3.3

Ảnh hưởng của thời gian xử lý protease đến quá trình

31

tách chiết β- glucan
Bảng 3.4

Ảnh hưởng của chế phẩm β –glucan lên khối lượng của

36

cá sau 16 ngày
Bảng 3.5

Ảnh hưởng của chế phẩm β-glucan lên tỉ lệ sống sót

37

của cá sau 16 ngày
Bảng 3.6

Đánh giá sự tăng trưởng của cá

39

Bảng 3.7

Đánh giá tỉ lệ sống sót của cá

40


iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu

Tên hình ảnh

Trang

hình ảnh
Hình 1.1

Cấu trúc hóa học của β- lucan

3

Hình 1.2

Cấu trúc không gian của β-glucan

3

Hình 1.3

Sơ đồ sản xuất bia

10

Hình 1.4

Tế bào S. cerevisiae

12

Hình 1.5

Cấu trúc thành ngoài của nấm men

15

Hình 2.1

Bã nấm men được lấy từ nhà máy

19

Hình 2.2

Cá rô phi đầu vuông

20

Hình 2.3

Sơ đồ bố trí thí nghiệm

21

Hình 3.1

Sơ đồ quy trình tách chiết β-glucan

33

Hình 3.2

Chế phẩm giàu β-glucan

35

Hình 3.3

Biểu đồ tỷ lệ sống sót của cá rô phi đầu vuông

37

Hình 3.4

Cá bị bệnh xuất huyết

38


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ iv
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................1
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI................................................................................................2
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .............................................................2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ BETA-GLUCAN (β-GLUCAN) ..........................................3
1.1.1. Cấu trúc .............................................................................................................3
1.1.2. Tính chất............................................................................................................3
1.1.3. Vai trò của β-glucan ..........................................................................................4
1.1.4. Ứng dụng chế phẩm β – glucan trong chăn nuôi ..............................................6
1.1.5. Một số nguồn thu nhận β-glucan.......................................................................8
1.2. GIỚI THIỆU VỀ BÃ THẢI MEN BIA ...............................................................9
1.2.1. Quy trình sản xuất men bia .............................................................................10
1.2.2. Nấm men Saccharomyces cerevisiae [7],[26] .................................................11
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ β-GLUCAN ..............15
1.3.1. Các nghiên cứu trong nước .............................................................................15
1.3.2. Các nghiên cứu nước ngoài .............................................................................16
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................18

2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ...............................................................................18
2.2.1. Bã thải nấm men bia ........................................................................................18
2.2.2. Cá rô phi đầu vuông (Anabas Testudinus) ......................................................19
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................20
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................20
2.3.1. Bố trí thí nghiệm .............................................................................................20
2.3.2. Phương pháp xác định độ ẩm [8] ....................................................................21


vi

2.3.3. Phương pháp thu nhận β-glucan bằng phương pháp sinh học ........................22
2.3.4. Phương pháp khảo sát các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình tách chiết βglucan bằng phương pháp sinh học ...........................................................................22
2.3.5 . Phương pháp xác định hàm lượng β-glucan .................................................23
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu ...............................................................................27
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ............................................................27
3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH TÁCH
CHIẾT β-GLUCAN ..................................................................................................27
3.1.1. Khảo sát nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình tách chiết β-glucan ......................28
3.1.2. Khảo sát nồng độ enzyme ảnh hưởng tới quá trình tách chiết β-glucan .........29
3.2.3. Khảo sát thời gian ủ enzyme protease tới quá trình tách chiết β-glucan. .......30
3.3. QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT β –GLUCAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH
HỌC ..........................................................................................................................32
3.3.1. Xây dựng quy trình tách chiết β-glucan ..........................................................32
3.3.2. Thuyết minh quy trình .....................................................................................33
3.2. ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM β-GLUCAN VÀO KHẨU PHẦN ĂN CỦA CÁ RÔ
PHI ĐẦU VUÔNG ...................................................................................................35
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng chế phẩm β-glucan lên khối lượng của cá sau 16 ngày
...................................................................................................................................35
3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm β-glucan ảnh hưởng tới tỉ lệ sống sót

của cá sau 16 ngày.....................................................................................................36
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................38
1. KẾT LUẬN ...........................................................................................................38
2. KIẾN NGHỊ ..........................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................40


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, tại Việt Nam, các nhà máy sản xuất bia ngày
càng phát triển mạnh cả về số lượng và quy mô, mang lại giá trị kinh tế cho
đất nước. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển này thì lượng bã thả men bia khổng
lồ được thải ra ngoài môi trường. Tính trung bình cứ sản xuất 1000 lít bia thì
10 kg men bia thải với độ ẩm trung bình khoảng 85% [39]. Trong đó lượng bã
men này chủ yếu để chế biến thức ăn cho vật nuôi hoặc được dùng như một
nguồn nguyên liệu rẻ tiền cho quá trình làm dịch chiết nấm men tự phân, còn
lại thì thải trực tiếp ra ngoài môi trường. Thành tế bào nấm men chiếm khoảng
20% trọng lượng khô của tế bào, β-gluan chiếm khoảng 50-60% lượng chất
khô của thành tế bào nấm men [24],[19],[20]. Chính vì thế, việc sản xuất các
sản phẩm có giá trị kinh tế cao như β-gluan có thể mang lại lợi nhuận cho các
nhà máy đồng thời giảm thiểu tác động về mặt môi trường.
Đã có nhiều nghiên cứu tách chiết β-gluan từ tế bào nấm men, tuy nhiên
nguồn nguyên liệu đầu vào ở mỗi loại bia, mỗi nhà máy là khác nhau. Tại
Công ty TNHH Nhà Máy Bia Heiniken Việt Nam - Đà Nẵng sử dụng nguồn
nguyên liệu thay thế là gạo với độ ẩm thích hợp 13-14%. Tùy thuộc vào từng
loại bia mà sử dụng nguyên liệu thay thế khác nhau, việc sử dụng nguyên liệu
thay thế làm cho tỉ lệ tiếp men bia giống, thời gian ủ men ở mỗi công ty cũng
khác nhau. Mặt khác, có nhiều nghiên cứu về tách chiết β – glucan sử dụng

nhiều phương pháp khác nhau, do đó ảnh hưởng tới quá trình tách chiết β–
glucan. Trong đó, phương pháp sử dụng enzyme được nghiên cứu nhiều, đa
số các nghiên cứu sử dụng enzyme protease tinh sạch. Tuy nhiên, chưa có
nghiên cứu nào sử dụng enzyme protease công nghiệp.
Nhà máy Heiniken Đà Nẵng sản xuất chủ yếu loại bia Larue, Tiger, sản
lượng bình quân năm 2015 là 150 triệu lít/1 năm, thải ra tương đương 10% bã


2

thải men bia [41]. Để tận dụng nguồn nguyên liệu này tốt hơn, đó chính là tách
chiết các hợp chất sinh học từ bã men bia này thành một chế phẩm hữu ích hơn
cho ngành chăn nuôi. β-glucan từ thành tế bào nấm men dùng để sử dụng như
một yếu tố kích thích hệ miễn dịch và tác động tích cực đến hệ thống bảo vệ
vật chủ, tăng tính đề kháng của vật chủ đến hầu hết các loại bệnh nhiễm khuẩn,
nấm, virus cùng nhiều loại kí sinh vật khác. Ngoài ra, nó còn được biết đến như
một yếu tố miễn dịch hiệu quả trong điều trị ung thư và là chất chống oxy hóa,
tái tạo da, làm mờ nếp nhăn nên được dùng để sản xuất mỹ phẩm [8][15].
Trước những thực trạng như vậy, đề tài “Nghiên cứu quy trình tách
chiết beta-glucan (β – glucan) từ bã men bia thu nhận tại Công ty TNHH
Nhà Máy Bia Heineken Việt Nam – Đà Nẵng bằng phương pháp sinh học ”
được thực hiện với mục đích thu nhận được nguồn β-glucan tự nhiên ứng dụng
sản xuất thức ăn gia súc.
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu quy trình tách chiết β-glucan từ bã men bia bằng phương
pháp sinh học.
- Ứng dụng chế phẩm β-glucan bổ sung vào khẩu phần ăn của cá rô phi đầu
vuông (Anabas Testudinus)
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Từ kết quả nghiên cứu của đề tài này là tiền đề cho những nghiên cứu

tiếp theo về tách chiết các chất từ vi sinh vật.
- Nghiên cứu góp phần ứng dụng vào quá trình xử lý bã men bia tại Công
ty TNHH Heineken Việt Nam - Đà Nẵng.
- Chế phẩm giàu β-glucan ứng dụng tại các trang trại nuôi cá giống và nuôi
gia cầm gia súc.

CHƯƠNG 1


3

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

TỔNG QUAN VỀ BETA-GLUCAN (β-GLUCAN)
1.1.1. Cấu trúc

Glucan là một biopolymer của 1,3-D-glucose (hoặc 1,6-D-glucose) được
tìm thấy trên vách tế bào vi khuẩn, thực vật và nấm. Glucan bao gồm những
liên kết không phân nhánh của liên kết β-1,3 và liên kết β-1,4-glucopyranose
tạo nên các chuỗi polysaccharide, chưa khoảng 250000 phân tử glucose [8]
[29].

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của β- lucan

Hình 1.2. Cấu trúc không gian của β-glucan

1.1.2. Tính chất

4

β - glucan không tan trong ethanol, aceton nhưng tan trong NaOH ( trừ
β-glucan và từ nấm ) và (CH3)2SO4. Sự hòa tan này làm giảm bậc cấu trúc hóa
học dưới tác động của chất oxy hóa mạnh.
β–glucan có nguồn gốc sinh học, thường tác động đến sự tăng cường đáp
ứng miễn dịch tế bào từ các kháng nguyên, nhiễm trùng, ung bướu [30],[37].
1.1.3. Vai trò của β-glucan
a. β-glucan giúp tăng cường hệ miễn dịch [8],[26]
β – glucan có khả năng kích thích hệ miễn dịch chống lại mầm bệnh rất hiệu
quả. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng: β-glucan có khả năng tăng cường mạnh mẽ
quá trình sản xuất đại thực bào và tăng tính kháng không đặc hiệu của vật chủ
đối với vi khuẩn, các loại nấm và bệnh nhiễm kí sinh trùng.
β –glucan kết hợp với các thụ thể bên ngoài màng của đại thực bào và những
tế bào bạch cầu khác (bao gồm cả những tế bào tự nhiên và những tế bào tạo
độc tố của cơ thể). Với sự kết hợp đặc hiệu giữa những thụ thể trên bề mặt đại
thực bào các tác nhận lạ, β-glucan có tác dụng phát hiện sự xâm nhập hoặc bám
vào cơ thể của các nhân tố bất lợi và cảnh báo cho cơ thể biết.
β – glucan kết hợp rất đặc hiệu với các bạch cầu và gây ra những phản ứng
chuỗi dẫn đến làm tăng hoạt tính miễn dịch như:
- Sản xuất ra những thế bào bạch cầu từ tủy xương, bao gồm: đại thực bào,
bạch cầu trung tính và hồng cầu.
- Huy động các tế bào bạch cầu máu có khả năng nhận diện “kẻ thù” và di
chuyển đến nơi có tác nhân lạ.
- Hoạt tính thực bào của bạch cầu cần tiêu diệt các tế bào bên ngoài xâm
nhập vào.
- Sản xuất ra các tác nhân kháng vi sinh vật tăng cường sự đặc hiệu của hệ
thống miễn dịch.
β-glucan có thể kích thích đại thực bào, vì vậy làm tăng quá trình sản xuất
interleukins, cytokines và kháng thể đặc hiệu cho quá trình kích hoạt toàn bộ

5

hệ thống miễn dịch của cơ thể. Sau đó, cơ thể đã sẵn sàng chống lại và trung
hòa mầm bệnh xâm nhập được gây ra bởi các vi sinh vật. Ngoài ra, β – glucan
còn giúp tăng tốc độ phục hồi của các mô bị tổn thương và kích hoạt các thành
phần khác của hệ thống miễn dịch.
β – glucan cũng kích hoạt sản xuất các tế bào bạch cầu ở trong tủy xương.
Quá trình sản xuất tủy xương bị suy giảm, có nghĩa là giảm số lượng bạch cầu
và gia tăng nguy cơ nhiễm bệnh và ung thư.
β – glucan có thể gia tăng sức đề kháng của chuột với bệnh bạch cầu
lympho do sự lây nhiễm Staphylococcus aureus. β – glucan có ảnh hưởng đến
tất cả các động vật có vú, chim, cá và đặc biệt miễn dịch gia tăng trên một số
loài cá [9].
Ngoài ra, nhiều nghiên cứu khác còn cho thấy hiệu quả tích cực của β –
glucan trong việc điều trị các khối u nhọt ác tính, bệnh HIV, sự biến chứng của
các vết thương [16]. Đồng thời, β – glucan còn tăng cường đặc hiệu của các
loại thuốc kháng sinh và kháng virus.
b. β – glucan tác động lên tế bào ung thư [29],[33]
Các nghiên cứu trên động vật cho thấy rằng, β – glucan ngăn cản sự phát
triển của ung thư ruột già, phổi, dạ dày, tuyến tiền liệt cổ, bang quang và não
cũng như các bệnh bạch cầu. Tín hiệu của sự ức chế này trên động vật ở điều
kiện sống không có thời điểm rõ ràng, nhưng nó cung cấp một ý tưởng mới về
tiềm năng của β – glucan. Ngoài ra, β – glucan còn ngăn cản dấu hiệu của ung
thư thông qua sự tăng cường quá trình lão hóa tế bào ung thư.
Cơ chế chống ung thư gồm các con đường cơ bản sau:
- Bảo vệ những tế bào khỏe mạnh khỏi tế bào ung thư.
- Tăng cường khả năng hoạt động của hệ thống miễn dịch để tìm và tiêu
diệt những tế bào ung thư.

- Giúp kiểm soát lại quá trình phân chia và lão hóa tế bào.
- Giúp ngăn cản sự di căn của tế bào ung thư.


6

1.1.4. Ứng dụng chế phẩm β – glucan trong chăn nuôi
Đã có rất nhiều nghiên cứu về ứng dụng β glucan trong chăn nuôi thủy sản,
gia cầm và gia súc. Các nghiên cứu chỉ ra rằng khi cho sinh vật ăn thức ăn có
trộn với β - glucan cho tỷ lệ sống cao hơn, khỏe mạnh và tăng sức đề kháng.
a. Đối với nuôi trồng thủy sản
- Đối với cá [9] [20].
β – glucan có hiệu quả kích thích miễn dịch không đặc hiệu trên một số
loài cá. Sự kích thích miễn dịch được nghiên cứu trên nhiều loại cá. Tác nhân
kích thích miễn dịch gắn với các thụ thể một cách đặc hiệu trên bề mặt của thể
thực bào và lympho bào. Nhờ hoạt động này của tế bào sẽ đưa các kết quả làm
gia tăng sản xuất enzyme có thể tiêu diệt cơ chế gây bệnh, các thông tin hóa
học (interferon, interleukine và các protein bổ trợ) mà kích hoạt các yếu tốt
cảnh báo của hệ thống miễn dịch và tăng cường hoạt động của tế bào lympho
“B” và “T”.
β – glucan có độ nhớt cao giúp cho sinh vật ăn ngon miệng hơn. β – glucan
bổ sung vào thức ăn của cá hoặc cá nuôi, ngâm phôi hoặc tôm bột của cá biển
với β – glucan sẽ giúp cá đề kháng tốt hơn với các độc tốt và cải thiện mức độ
tăng trưởng.
Nó cần thiết cho sự vận chuyển cá nhằm gia tăng sức đề kháng, tránh cá vận
chuyển bị stress, vì stress sẽ làm hạn chế khả năng miễn dịch. β – glucan giúp
làm giảm bớt ảnh hưởng của stress và ngăn ngừa cá bị bệnh. Nó làm lành vết
thương mau hơn, hạn chế sự tiếp xúc bề mặc với độc tố có trong nước. Không
những thế nó còn tích cực chống lại các khối u, bướu và trường hợp cá bị dị
thường.

Khi bổ sung β – glucan vào khẩu phần ăn cùng với vitamin và acid béo
không bão hòa. β – glucan như một vật mang chất bổ dung vào dinh dưỡng, nó
là tiềm năng làm tăng chất lượng thức ăn, giúp cá khỏe hơn cũng như giúp cho
cá sống lâu hơn. β – glucan kích thích vi khuẩn có lợi trong đường tiêu hóa như


7

là một trong những yếu tố của men tiêu hóa, xem như là một nguồn “vitamin”,
bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đun và không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao hay
quá trình kết viên thức ăn.
- Đối với tôm [6],[12]
Cho đến nay, β – glucan được sử dụng rất thành công như là tác nhân kích
thích miễn dịch để tăng sức đề kháng chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn và
virus.
Khi sử dụng β –1,3 và β – 1,6- glucan chiết xuất từ nấm men giúp tăng tính
kháng đối với vi khuẩn Vibrio và sự nhiễm virus gây trên bệnh đốm trắng. β –
1,3-glucan làm tăng hoạt động đại thực bào, sự kết dính tế bào và sinh ra anion
supeixide khi thêm vào thức ăn. Peptidoglycan là những phân đoạn của vách tế
bào vi sinh vật có thể giúp tăng tính kháng thể khi nhiễm vi khuẩn. Thức ăn
tôm bổ sung peptidoglycan đáp ứng kích thích miễn dịch chống lại sự xâm nhập
virus. Hệ thống miễn dịch của tôm có chỉ số protein cao. Protein liên quan đến
sự nhận biết β – glucan bên ngoài thông qua liên kết giữa protein và
lipopolysaccharide và protein liên kết với β – glucan. Vỏ protein có tác dụng
lấy tác nhân lạ xâm nhập vào và sự ngăn cản mất máu từ những vết thương.
β – glucan và vitamin C được duy trì hoặc bổ sung với thức ăn khi so sánh
với đối chứng cho thấy tăng cường tốc độ sinh trưởng của tôm. Cơ chế hấp thu
qua hệ tiêu hóa của β – glucan đã được xác định. Nếu β – glucan được hấp thu
bởi tôm và tạo ra nguồn năng lượng, nó có thể được xem như tốc độ tăng trưởng
do nguồn năng lương có ích thu được từ β – glucan. Trong điều kiện này, β –

glucan có thể bị mất đi trong suốt quá trình tiêu hóa, sự ảnh hưởng hàm lượng
β – glucan có ích khi kích thích miễn dịch, nhưng nó không giống như một
nguồn năng lượng [16]. Điều này không quan trọng vì đối với tôm có thể phản
ứng với môt lượng rất nhỏ β – glucan.
Hàm lượng đường glucose trong máu của tôm với thức ăn bổ sung β –
glucan và vitamin C đã giảm nhiều so với đối chứng, ngược lại hàm lượng


8

glycogen của tuyến tiêu hóa lại cao hơn đối chừng. Do vậy, sự trao đổi chất của
protein và tổng hợp glycogen có thể liên quan đến hiệu quả của β – glucan đối
với hệ thống miễn dịch. β – glucan bị phân hủy trong tuyến tiêu hóa bởi
enzyme-glucanase để tạo năng lượng và tạo glucose từ glycogen qua con đường
UDP-glucose. Trong điều kiện này, phần lớn protein có thể hấp thụ qua tuyến
tiêu hóa vào máu mà không được sử dụng như một nguồn năng lượng [16].
Một số nghiên cứu khác, khi bổ sung 0.2% β-glucan vào thức ăn ương của
cá lóc bông giúp tăng tỉ lệ sống sót, tốc đọ tăng trưởng chiều dài, khối lượng và
hệ số miễn dịch của cá [17].
b. Đối với chăn nuôi gia cầm, gia súc
Một nghiên cứu chỉ ra rằng khi bổ sung β-glucan với tỉ lệ 0.1% vào thức
ăn của gà sẽ hạn chế sự xâm nhập, phát triển của Salmonella trong gan và lá
lách [18], với tỉ lệ 0.05%, 0.1%, 0.15% trong khẩu phần ăn của gà đều có tác
đông tốt đến khổi lượng tăng trọng, hệ số chuyển hóa thức ăn của gà. [37].
β-glucan có tác động tích cực đối với heo, ông đề xuất bổ sung β-glucan
vào khẩu phần ăn của heo con sau khi cai sữa với hàm lượng 0.025% cải thiện
tốc độ tăng trưởng và khả năng chống lại Streptococcus suis. Tuy nhiên, nghiên
cứu này chỉ ra, β-glucan sản xuất bằng các phương pháp khác nhau có thể có
hiệu ứng khác nhau về hiệu suất tăng trưởng và chức năng miễn dịch ở heo.

1.1.5. Một số nguồn thu nhận β-glucan
β-glucan thu được từ các nguồn khác nhau như vi khuẩn, nấm men, tảo,
nấm ăn, yến mạch. Cấu trúc β-glucan phụ thuộc vào một số nguồn được tách
khác nhau, thông thường β-glucan phụ thuốc vào một số nguồn tách từ mỗi
nguyên liệu có những cấu trúc đặc trưng và được liên kết bởi các phân từ
glucose theo nhiều cách khác nhau. Cấu trúc hóa học của β-glucan từ một số
nguồn được miêu tả như sau:


9

Bảng 1.1. Nguồn nguyên liệu chứa β-glucan [8]
Cấu trúc β-glucan

Nguồn chứa β-glucan

(1,3) - β-glucan

Vi khuẩn Alcaligenes faecalis curdlan
Tảo Euglena gracilis – paramylon
Poria cocos – pachyman
Vitis vinifera – callose
Thông ( Larix laricina ) – laricinan

(1,3),(1,6)- β-glucan

Tảo Laminaria sp – laminarin
Claviceps purpurea – glucan thành tế bào
Sclerotinia sclerotiorum – glucan thành tế bào

(1,3),(1,6) - β - glucans

Tảo nâu Eisenia bicyclis – laminarin

(liên kết với (1,6)- β-

Nấm Lentinula edodes – glucan thành tế bào

glucosyl hay βgentobiosyl mạch nhánh)
(1,3),(1,6)- β-glucans ( có Nấm Saccharomyces cerevisiae – glucan thành
nhiều mạch nhánh xen kẽ) tế bào
Ngũ cốc
Địa y Cetraria islandica lichenin
(1,3),(1,4)-

β-glucans

( Nấm ăn (Pleurotus ostreatus) glucan thành tế

liên kết với (1,4)- β- bào
glucosyl mạch nhánh)
β – glucan chiết từ thành tế bào nấm men phân nhánh có khả năng tăng
hoạt tính miễn dịch mạnh nhất trong tất cả các loại β – glucan. β –1,3- glucan
đã được chiết từ thành tế bào nấm men Sacharomyces cerevisiae và có đặc điểm
quan trọng thích hợp như một chất phụ gia thực phẩm. Glucan tự nhiên, rất sạch
có dung tích giữ nước cao và không tạo gel, chúng gồm các đơn vị glucan liêu
kêt với nhau qua các cầu nối β – 1,3 và β – 1,6 [25],[27]
1.2.

GIỚI THIỆU VỀ BÃ THẢI MEN BIA

10

1.2.1. Quy trình sản xuất men bia

Hình 1.3. Sơ đồ sản xuất bia
Quy trình sản xuất bia gồm 7 công đoạn chính: (1) Quá trình đường hóa
là một quá trình trộn lẫn ngũ cốc đã nghiền (thường là ngũ cốc đã trải qua quá
trình malt hóa) và đun nóng hỗn hợp này và chờ ở các vọng nhiệt độ nhất định
để các enzymes trong malt phá vỡ tinh bột trong đó ngũ cốc thành đường chủ
yếu là maltose. (2) Bước tiếp theo là quá trình lọc, đây là quá tình phân tách
chất chiết được thu được trong quá trình đường hóa và loại bỏ bã bia ra ngoài.
(3) Đun sôi là quá tình đun các chất được chiết gọi là dịch nha, nhằm giúp dịch
nha trở nên vô trùng tránh sự nhiễm khuẩn. Ở công đoạn này có bổ sung thêm
hoa bia (hoa houblon) để tạo độ đắng và hương bị của bia, giúp các protein
trong nha kết tụ và pH của dịch nha giảm xuống. Cuối của quá trình này giúp
bay hơi các chất không mong muốn ví dụ như tiền chất dimethyl sulfide. Lắng
xoáy là quá trình sôi hoa, nha được bơm vào các nồi lắng xoáy theo phương
tiếp tuyến nhằm kết tủa các protein và lượng sinh khối từ hoa vào phần giữa
nồi lắng xoáy. Phần cặn này sẽ được loại bỏ. Làm lạnh nha là sau quá trình lọc
hoa, dịch nha được hạ lạnh xuống nhiệt độ lên men trước khi tiếp giống men
bia.(4) Giai đoạn lên men được thực hiện trong các tank lên men và được bắt
đầu ngay khi nấm men được định lượng vào dịch nha lạnh. Trong suốt quá trình
này nấm men chuyển hóa các loại đường trong dịch nha thành cồn và CO2.
Cuối mỗi quá trình lên men, nấm men và các chất rắn khác lắng xuống đáy và
được rút khỏi các tank. (5) Ủ bia chín bia, khi các loại đường được sử dụng gần


11

hết trong quá trình lên men bia, quá trình lên men chậm dần và nấm men bắt
đầu lắng xuống đáy tank. Trong giai đoạn này, bia được làm lạnh xuống nhiệt
độ quanh điểm đóng bang, nhằm kích thích quá trình kết lắng của nấm men và
các protein, các hương không mong muốn như phenilic trở nên không tan trong
bia lạnh và hương vị bia trở nên hài hào hơn.(6) Lọc bia là quá trình loại bỏ
nấm men, cặn, giúp ổn định hương và vị bia mang đến cho bia sự trong sáng.
Lên men thứ cấp là lên men sau quá trình lên men chính.(7) Sau đó là đóng chai
và thành phẩm [40],[41].
Bã nấm men bia dạng sệt thu được từ nhà máy bia, nằm lại trong các thùng
lên men và các hầm chứa sau khi lên men chính và lên men phụ. Khi thu về có
màu hơi vàng, lỏng lẻo, độ ẩm từ 85-90%. Trong đó tế bào nấm men chiếm
khoảng 56-60%. Thành phần của nấm men trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thành phần cơ bản của nấm men [26]
Thành phần

Phần trăm (%)

Glucan

50-55

Mannoprotein complex

30-40

Lipid

1-3

Chitin

1-2

1.2.2. Nấm men Saccharomyces cerevisiae [7],[26]
a. Đặc điểm của tế bào nấm men
Tế bào Saccharomyces cerevisiae có dạng cầu hay hình trứng, có kích
thước trung bình 3-5x5-10nm , sinh sản bằng cách tạo chồi và tạo bào tử. Nguồn
dinh dưỡng chủ yếu của chúng là sử dụng glucose, galactose, sacchraose,
maltose như nguồn cacbon, chúng sử dụng acid amin và muối amon như nguồn
nitơ.


12

Phân loại khoa học [40]
Giới (regnum)

: Fungi

Ngành (phylum)

: Ascomycota

Phân ngành (subphylum) : Saccharomycotina
Lớp (class)

: Saccharomycetes

Bộ (ordo)

: Sacchromycetales

Họ (familia)

:Sachromycetaceae

Chi (genus)

: Saccharomyces

Loài (species)

: S. cerevisiae

Hình 1.4.Tế bào S. cerevisiae

Đặc điểm chung
- Là nấm đơn bào: hình cầu, hình trứng hoặc hình elip
-

Sinh sản điển hình bằng nảy chồi. Trong canh trường lỏng thường thấy

tế bào nảy chồi, có thể tạo hậu bào tử ascus.
- Hô hấp tùy tiện, rất phổ biến trong thiên nhiên.
-

Được ứng dụng rất sớm trong đời sống, có ý nghĩa to lớn trong công

nghệ sinh học.

b. Cấu tạo tế bào
Thành tế bào nấm men (Cell Wall)
Bao quanh thành tế báo nấm men là một lớp mỏng dày đặc, mềm mại và
có thế đàn hồi để định hình cũng như bảo vệ tế bào chống lại các tác nhân bên
ngoài và chất độc.
Thành tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae khá dày khoảng (100 –
200nm) chiếm khoảng 10-25% trọng lượng chất khô của tế bào nấm men. Nó
bao gồm một lớp polysaccharides bên trong đóng vai trò như một khung để đỡ
lớp ngoài cùng manoprotein. Chứa từ 80-90% polysaccharides (β-glucan và
manna sugar polymer), còn lại là protein, lipid và một lượng chất nhỏ chitin (N
– Axetyl Glucosamin). Hầu hết protein trong vách tế bào liên kết với MannaOligo-Saccharide (MOS) và tạo thành phức Manoprotein.


13

Thành tế bào nấm men là nguồn chủ yếu chứa β – glucan, β- glucan trong
thành tế bào nấm men chủ yếu là các liên kết mạch thẳng (1,3) beta-glucosyl
và liên kết 1,6. Những phân tử này được xen lẫn một cách phức tạp với những
polysaccharides khác và các protein.
Màng tế bào (Plastma membrane)
- Lớp màng photpholipid có chiều dày khoảng 7nm, màng kép bao bọc
toàn bộ các thành phần bên trong tế bào, có phân bố đan xen các phần tử protein.
- Giữ vai trò quan trọng, điều tiết quá trình trao đổi chất giữa tế bào và môi
trường bên ngoài.
- Lơ lứng trong tế bào chất có hệ thống nhiều lớp màng kép nối thông với
nhau các ống trụ rỗng và liên kết với nhiều vị trí màng tế bào chất, phân chia tế
bào chất thành nhiều vùng.
Nguyên sinh chất
- Là toàn bộ dịch thể trong tế bào. Thành phần chính là nước, trong hòa
tan nhiều chất tan. Lơ lửng trong nguyên sinh chất có các bào quan (riboxom,

“thể nhân”, plasmid, túi golgi) và các thể dự trữ (volutin, glycogen, giọt chất
béo, không bào).
- Đặc tính linh động, luôn đổi mới thành phần do liên tục hấp thụ và
chuyền hóa chất dinh dưỡng mới, đống thời đào thải ra môi trường các sản
phẩm trao đổi chất.
Nhân tế bào (Nucleus)
Nấm men là sinh vật nhân thực, đường kính có nhân có chiều dài khoảng
1.5 um, hình cầu hay ống dài, gồm màng nhân bao bọc nhiễm sắc thế.
- Màng nhân 2 lớp nhiễu lỗ xuyên qua. Nhiễm sắc thể có cấu trúc điển
hình ( thể bắt chéo với cách lớn và cánh nhỏ).
- Mỗi tế bào nấm men thường có một nhân.
- Là cơ quan dự trưc thông tin di truyền tế bào.
- Một số loài nấm men trong tế bào có plasmid.


14

Một số các bào quan khác.
- Ty thể (Mitochodrion): Cấu trúc dạng túi màng kép gấp nhiều nếp, dạng
lỗ lưới (có thể dạng ống). Hình dạng và cấu trúc thay đổi phụ thuộc và loài theo
trạng thái sinh trưởng của tế bào, phân bố trên mạng lưới nội tế bào chất (hay
nối qua ống nhỏ dạng ống trụ rỗng). Thành phần chủ yếu là protein (80%) và
lipid, ngoài ra còn có DNA), là cơ quan tổng hợp năng lượng cho tế bào.
- Túi golgi: Dạng túi rỗng gấp nhiều nếp, tham gia vào quá trình đào thải
các sản phẩm trao đổi chất của tế bào.
Một số thể dự trữ.
- Glucogen: nguồn dự trữ năng lượng tích lũy glucid.
- Votulin: nguồn dự trữ năng lượng tích lũy photphat.
- Giọt chất béo: nguồn dự trữ năng lượng tích lũy lipid.
- Không bào: hình cầu hay hình trứng, chỉ xuất hiện trong tế bào trưởng

thành hay tế bào già, mỗi tế bào có thể có nhiều không bào. Trong không bào,
chủ yếu là nước, một vài enzyme thủy phân và một số sản phẩm trao đổi chất.
a. Cấu trúc β-glucan trong nấm men[15],[16],[18],[26]
β –glucan là một trong những polysaccharide phong phú nhất trong thành
tế bào nấm men và tồn tại như chất trùng hợp của đường glucose liên kết qua
β-1,3-D-glucosidic hoặc β-1,6-D-glucosidic. Trong nấm men Saccharomyces
cerevisiae, thành tế bào chủ yếu chứa β-1,3-glucan, β-1,6-glucan, chitin và
manoprotein, chúng liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Mannoprotein
liên kết với β-1,6-D-glucan qua gốc glycosyl-phosphatidyl-inositol chứa 5 gốc
manosyl liên kết α. Đầu khử của β-1,6-D-glucan liên kết với đầu khử của β1,3-glucan. Chitin gắn thẳng vào nhánh β-1,6-D-glucan. Mối liên kết này có
vai trò trung tâm trong cấu trúc thành tế bào nấm men. Phần lớn β-1,3-glucan
có cấu trúc xoắn, những sợi xoắn này gồm chuỗi polysaccharide đơn hoặc ba
chuỗi liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Dưới kính hiển vi điện tử, các sợi
có đường kính từ 10-30nm, luôn gắn với các chuỗi bên, mỗi chuỗi có đường


15

kính 0.5-1nm. Cho đến nay, vẫn chưa có số liệu trực tiếp về chiều dài của chuỗi
bên. Các chuỗi bên dài tạo ra các “polysaccharide” với các đầu khử cuối. Đặc
điểm của β-glucan nấm không tan trong kiềm [22].

Hình 1.5. Cấu trúc thành ngoài của nấm men [26]
Bảng 1.3. Thành phần và trọng lượng các chất của thành tế bào nấm men
[38]

1.3.

Thành phần

% Trọng lượng thành tế bào

β-1.3-D-glucan

50-55

β-1.6-D-glucan

5-10

α-1,4-β-1,6-D-glucan

3-7

Mannoprotein

35-40

Chitin

2

CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ β-GLUCAN
1.3.1. Các nghiên cứu trong nước


16

Đã có rất nhiều nghiên cứu về tách chiết β-glucan tại Việt Nam. Một trong
những nghiên cứu khởi đầu của việc tách chiết này là đề tài cấp nhà nước năm

2005 về “Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất β-glucan từ thành tế bào
nấm men dùng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm” [3]. Đề
tài cũng đã nghiên cứu tác dụng phục hồi đáp ứng miễn dịch của chế phẩm βglucan trên thực nghiệm. Đối tượng nghiên cứu là chú chuột nhắt trắng đực 4
tuần tuổi (trọng lượng 22-25g). Chế phẩm β-glucan có tác dụng phục hồi tế bào
bạch cầu máu ngoại vi và khả năng thực bào của đại thực bào ổ bụng của động
vật gây giảm suy giảm miễn dịch thực nghiệm bằng chiếu xạ và có tác dụng tốt
đối với hệ thống miễn dịch không đặc hiệu ở nồng độ nghiên cứu. Tuy nhiên,
đề tài này chưa nghiên cứu một cách kỹ lưỡng đối với loại nấm men thải trong
ngành công nghiệp và tận dụng thu β-glucan và song song nó với các mục đích
giảm thiểu ô nhiễm môi trường [9].
Đến năm 2014, đề tài nghiên cứu quy trình tách chiết β-glucan từ tế bào
saccharomyces cerevisiae trong bã men bia. Nghiên cứu này đã khảo sát các
phương pháp tách chiết và các điều kiện tách chiết β-glucan. Nghiên cứu này
đã chỉ ra rằng: phương pháp tốt nhất để tách chiết β-glucan là phương pháp sinh
học, nhiệt độ rửa bã nấm men bia là 900C/10 phút, nồng độ enzyme protease
tham gia phản ứng là 0.5%, thời gian xử lý là 6h, nồng độ NaOH là 1M, nhiệt
độ và thời gian xử lý NaOH: 90 độ trong 1,5h; tỉ lệ aceton/cặn nấm men là 4:1.
Từ 1000g bã men bia tươi thu nhận được 23.12g sản phẩm giàu β-glucan với
hàm lượng β-glucan lên đến 85% [4].
Ngoài ra, một số nghiên cứu về tách chiết β- glucan trên một số nguyên
liệu khác như: nấm thái dương Agaricus blazei và thử nghiệm khả năng tăng
cường hệ miễn dịch trên động vật [13].
1.3.2. Các nghiên cứu nước ngoài
β-glucan là một hợp chất có khả năng tương tác với hệ miễn dịch và điều
chỉnh một số khía cạnh nhất định của hệ thống miễn dịch của vật chủ. Việc sử


17

dụng β-glucan cho phép vật chủ tự bảo vệ mình chống lại sự xâm nhập của vi

sinh vật một cách hiệu quả mà không liên quan đến việc sử dụng thuốc kháng
sinh đặc hiệu để kháng vi sinh vật, gần đây đang trở thành mối quan tâm lớn
do ngày càng xuất hiện nhiều chủng vi sinh vật kháng thuốc [14], [20].
Báo cáo đầu tiên về hoạt tính kháng U của polysaccharides mà hỗn hợp
này được tách từ năm 1943. Nhưng polysaccharide tách từ vi khuẩn có những
tác dụng không mong muốn. Những nghiên cứu tiếp theo về polysaccharide với
nguồn gốc khác vi khuẩn chỉ ra rằng glucan hoạt động bằng cách kính thích hệ
miễn dịch và không độc với tế bào [16],[21].
Trong những năm qua, có nhiều nhà khoa học và viện nghiên cứu trên
thế giới đã góp phần to lớn vào việc định loại, tách chiết, làm sạch và định tính
các thành phần khác nhau của 1,3- β -glucan. Những nghiên cứu này chỉ ra rằng
hợp chất kích thích các thế bào khác nhau trong hệ miễn dịch và điều hòa miễn
dịch rất lớn, bao gồm kháng khối u, kháng nhiễm và làm lành vết thương. 1,3β -glucan trong nhiều năm qua được các bác sỹ trong nhiều lĩnh vực chú ý để
giải quyết nhiều vấn đề như bệnh nhân dị ứng với thuốc, nhiễm nấm và ung
thư. Khi bổ sung β - glucan có thể tăng khả năng đáp ứng miễn dịch của cơ thể
bệnh nhân [19].
Có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến hoạt tính sinh học của β-glucan
nhưng có kết quả trái ngược nhau. Điều này chủ yếu là do sử dụng β-glucan
với trọng lượng phân từ khác nhau và sự thay đổi hóa học do β - glucan được
nhận từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các loại nấm nói chung và nấm men.
Hiệu quả điều hòa miễn dịch của β-glucan phụ thuộc vào mức độ phân nhánh
của phân tử, độ dài polymer và cấu trúc bậc ba của nó.
Các phương pháp nghiên cứu tách chiết β-glucan được nghiên cứu khá
nhiều, phương pháp cổ điển nhất sử dụng lượng lớn acid và bazơ rồi rửa nhiều
lần trong ethanol [26], [36], phương pháp này tốn lượng lớn hóa chất và gây ô
nhiễm môi trường, đồng thời bậc cấu trúc β-glucan giảm. Phương pháp sử dụng