Nghiên cứu sản xuất chất chiết nấm men giàu 5 guanosine monophosphate từ bã nấm men bia

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------------------

VÕ NGỌC CẨM

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẤT CHIẾT NẤM MEN
GIÀU 5’ – GUANOSINE MONOPHOSPHATE
TỪ BÃ NẤM MEN BIA

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
Mã số: 605402

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đống Thị Anh Đào
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Phạm Thị Ánh Hồng
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Hữu Phúc
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 30 tháng 1 năm 2013.
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1.

GS.TS Dương Thanh Liêm

2.

TS Nguyễn Thị Thủy Tiên

3.

PGS.TS Phạm Thị Ánh Hồng

4.

TS Nguyễn Hữu Phúc

5.

PGS.TS Đống Thị Anh Đào
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA……………


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: VÕ NGỌC CẨM.................................. MSHV: 11110187 ................
Ngày, tháng, năm sinh: 22/07/1988 .................................. Nơi sinh: Tiền Giang ...........
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm & đồ uống ......... Mã số: 605402 ......................

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sản xuất chất chiết nấm men giàu 5’-guanosine
monophosphate từ bã nấm men bia. .................................................................................
..........................................................................................................................................
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: .......................................................................................
- Tối ưu hóa hiệu suất trích ly protein từ bã nấm men bia bằng phương pháp tự
phân
- Tối ưu hóa hiệu suất trích ly protein từ bã nấm men bia bằng phương pháp
thủy phân bằng enzyme protease.
-

Thủy phân RNA bằng enzyme phosphodiesterase để thu nhận 5’-GMP.

II.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: .......................................................................................
III.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: .....................................................................
IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đống Thị Anh Đào............................................
Tp.HCM, ngày tháng năm 201
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA…………………………….


Luận văn tốt nghiệp

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn thạc sĩ, tôi đã nhận được
rất nhiều sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các thầy cơ, những lời động viên
chân thành của gia đình và bạn bè. Đó chính là những động lực q báu giúp tơi
hồn tất việc học và hồn thành luận văn này.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS Đống Thị Anh
Đào, người đã tận tình hướng dẫn và động viên tơi trong suốt q trình xây dựng đề
cương và hồn thành luận văn. Cơ cũng chính là người đã hết lòng giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện tốt nhất cho tơi để thực hiện luận văn hồn chỉnh và đúng thời gian
quy định.
Tôi xin cảm ơn các thầy, cô ở bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Kỹ thuật
Hóa học đã hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức chuyên ngành cho tôi trong
suốt thời gian học tại trường.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình tơi. Cảm ơn bố mẹ
và em gái là động lực tinh thần lớn nhất đã giúp tôi vượt qua khó khăn trong suốt
khóa học và hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thành viên lớp CTP 2011. Cảm ơn sự đóng
góp, giúp đỡ và hợp tác của các bạn trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện
luận văn.
Xin chân thành cảm ơn.

Học viên thực hiện: VÕ NGỌC CẨM

iii


Luận văn tốt nghiệp

Tóm tắt luận văn

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài “Nghiên cứu sản xuất chất chiết nấm men giàu 5’-GMP từ bã nấm
men bia” có hai nhiệm vụ chính:
-

Thực hiện quá trình phá vỡ thành tế bào để thu nhận chất chiết nấm men.
Nghiên cứu được thực hiện với hai phương pháp: tự phân và sử dụng hệ enzyme
kết hợp là endoprotease và exoprotease.

-

Tiến hành quá trình thủy phân RNA trong nấm men bằng enzyme
phosphodiesterase để thu nhận 5’-GMP và định lượng 5’-GMP trong sản phẩm
thu được.
Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hai thông số pH và thời gian tự

phân đến hiệu suất trích ly protein. Tối ưu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng
phương pháp tự phân cho kết quả: hiệu suất trích ly protein đạt giá trị cao nhất là
49,96% ở giá trị pH là 6,10 và thời gian tự phân là 30,20h.
Trường hợp phá vỡ tế bào bằng phương pháp thủy phân bởi enzyme, chúng
tôi tiến hành nghiên cứu với sự kết hợp của enzyme Protamex (endoprotease) và
Flavourzyme (exoprotease). Tỷ lệ enzyme Protamex trong hỗn hợp enzyme và tỷ lệ
của hỗn hợp enzyme so với cơ chất được khảo sát. Tối ưu hóa các điều kiện phá vỡ
tế bào bằng phương pháp enzyme cho kết quả tối ưu ở điều kiện tỷ lệ của enzyme
Protamex/hỗn hợp enzyme xử lý là 45,63% và tỷ lệ của hỗn hợp enzyme so với cơ
chất là 4,60% w/w. Khi đó, hiệu suất trích ly protein cao nhất là 54,15%.
Chúng tôi sử dụng kết quả tối ưu hóa các điều kiện ảnh hưởng đến q trình
thủy phân bằng enzyme để tiến hành thu nhận chất chiết nấm men. Sau đó, thực
hiện q trình thủy phân RNA có trong dịch chiết nấm men thu được bởi enzyme

phosphodiesterase để thu nhận sản phẩm chất chiết nấm men giàu 5’-GMP. Hàm
lượng enzyme phosphodiesterase được khảo sát và cho giá trị thích hợp là 0,3%.
Tiến hành sản xuất thử sản phẩm chất chiết nấm men bằng phương pháp thủy
phân bởi enzyme với các điều kiện thích hợp thu được từ các nghiên cứu trên và xác

iv


Luận văn tốt nghiệp

Tóm tắt luận văn

định một số chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm thu được. Song song đó, mẫu được sản
xuất bằng phương pháp tự phân cũng sẽ được thu nhận và tiến hành xác định các
chỉ tiêu hóa lý để so sánh kết quả. Thực nghiệm các điều kiện sắc ký, chúng tôi thu
nhận được kết quả: hàm lượng 5’-GMP trong mẫu sản phẩm thu nhận được bằng
phương pháp thủy phân bởi enzyme là 150 mg/l và trong mẫu sản phẩm được thu
nhận bằng phương pháp tự phân là 190 mg/l khi sử dụng cùng hàm lượng enzyme
phosphodiesterase. Hiệu suất trích ly protein của mẫu được thu nhận bằng phương
pháp thủy phân bởi enzyme là 54,06% và cao hơn so với mẫu được thu nhận bằng
phương pháp tự phân là 50,82%.
Dịch mẫu sau khi được phân tích một số các chỉ tiêu cơ bản sẽ được thực
hiện quá trình sấy để thu nhận sản phẩm dạng bột. Dạng sản phẩm này sẽ có nhiều
tính tiện dụng trong thực tế.

v


Luận văn tốt nghiệp

Abstract

ABSTRACT
Project "Research on the production of 5-GMP rich yeast extract from yeast
residue" performs two main tasks:
- To break down the cell wall process to obtain yeast extract. The study has
been based on two methods: autolysis and use of associated enzymes including
endoprotease and exoprotease.
- To process the hydrolysis of yeast RNA by phosphodiesterase enzymes to
obtain the 5'-GMP and quantify 5'-GMP in the obtained product.
During the study of breaking cells by autolysis method, we investigated the
effects of these two parameters pH and protein extraction time performance.
Optimize the conditions of breaking cells by autolysis method for optimal results in
the pH value is 6,10 and the length distribution is 30,20 h. Meanwhile, the protein
extraction efficiency reached the highest value of 49,96%.
For breaking cells by enzyme method, we conducted the study with the
combination of enzyme Protamex (endoprotease) and Flavourzyme (exoprotease).
The ratio of Protamex enzyme to the enzyme mixture and the ratio of the enzyme
mixture to the substrate would be investigated in this study. Optimize the conditions
of breaking cells by enzymatic method for optimal results in terms of the rate of
enzyme Protamex/enzyme mixture is 45,63% and the rate of enzyme mixture over
the substrate is 4,60% w/w. Meanwhile, the protein extraction efficiency reached
the highest value of 54,15%.
We use the results to optimize the conditions affected hydrolytic enzyme to
process inclusion of yeast extract. Then we proceed hydrolysis of RNA in yeast
extract obtained by enzyme phosphodiesterase to obtain the product 5'-GMP rich
yeast extract. The content of enzyme phosphodiesterase is investigated and optimal
results is 0,3%.

vi

Luận văn tốt nghiệp

Abstract

We use the results to optimize the conditions affected hydrolytic enzyme to
obtain yeast extract and determine physical and chemical properties of product. The
sample which is produced by autolysis method will obtain and determine physical
and chemical properties to compare. To quantify the amount of 5'-GMP in the
obtained products, we use the HPLC method. After conducted experimental studies
of chromatographic conditions, we got results: 5'-GMP content in the
samplescollected by hydrolysis method is 150 mg/l and in product samples were
collected by the autolysis method is 190 mg/l when it is used same enzyme of
content. Protein extraction efficiency of the samples were collected by the method
hydrolysis by enzymes is 54,06% and higher than the sample is collected by the
hydrolysis method is 50,82%.
Sample solution after analyzing some of the basic criteria will be carried out
during the drying process to obtain powder products. The products will be much
more useful in practice.

vii


Luận văn tốt nghiệp

Mục lục

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ...................................................................................... iv
ABSTRACT ......................................................................................................... vi
MỤC LỤC ............................................................................................................ viii
DANH MỤC VIẾT TẮT .................................................................................... xiii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. xiv
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ xvi
LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................... xvii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................... 1
1.1. Tổng quan về chất chiết nấm men ............................................................... 1
1.1.1. Định nghĩa ................................................................................................... 1
1.1.2. Ứng dụng ..................................................................................................... 2
1.2. Tổng quan về nấm men................................................................................. 4
1.2.1. Cấu trúc tế bào nấm men ............................................................................. 4
1.2.2. Thành phần hóa học của nấm men .............................................................. 10
1.2.3. Ứng dụng của sinh khối nấm men .............................................................. 13
viii


Luận văn tốt nghiệp

Mục lục

1.3. Phương pháp phá vỡ tế bào .......................................................................... 14
1.3.1. Phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp tự phân ................................... 14
1.3.1.1. Đặc điểm của quá trình tự phân ............................................................... 15
1.3.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tự phân ........................................... 17
1.3.2. Phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp thủy phân bởi enzyme............ 19

1.4. Quá trình thủy phân RNA thu nhận 5’-GMP bằng enzyme
5’-phosphodiesterase ............................................................................................ 21
1.4.1. Cấu tạo RNA ............................................................................................... 21
1.4.1.1. Cấu tạo hóa học và đặc điểm chung của RNA ......................................... 21
1.4.1.2. Đặc điểm của RNA trong nấm men ......................................................... 23
1.4.2. Đặc điểm của 5’-GMP ................................................................................ 24
1.4.3. Quá trình thủy phân RNA thu nhận 5’-GMP bằng enzyme 5’phosphodiesterase ................................................................................................. 25
1.4.3.1. Đặc điểm của enzyme 5’-phosphodiesterase ........................................... 25
1.4.3.2. Nguồn thu nhận ........................................................................................ 27

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................. 29
2.1. Nguyên liệu .................................................................................................... 29
2.1.1. Bã thải nấm men bia .................................................................................... 29
2.1.2. Enzyme ........................................................................................................ 29
2.1.3. Hệ đệm phosphate – citrate ......................................................................... 32

ix


Luận văn tốt nghiệp

Mục lục

2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 33
2.2.1. Quy trình thu nhận chất chiết nấm men giàu 5’-GMP ................................ 33
2.2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 36
2.2.2.1. Nghiên cứu quá trình phá vỡ tế bào bằng phương pháp tự phân ............. 38
2.2.2.2. Nghiên cứu quá trình phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp sử dụng
enzyme .................................................................................................................. 39
2.2.2.3. Khảo sát hàm lượng enzyme phosphodiesterase thực hiện quá trình thủy

phân RNA để thu nhận 5’-GMP............................................................................ 40
2.2.2.4. Quá trình sản xuất thử chất chiết nấm men giàu 5’-GMP bằng phương pháp
thủy phân RNA bởi enzyme phosphodiesterase ................................................... 41
2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 41
2.3.1. Phương pháp đo hàm ẩm ............................................................................. 41
2.3.2. Phương pháp xác định hiệu suất trích ly protein......................................... 42
2.3.3. Xác định hàm lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry ................ 42
2.3.4. Xác định hàm lượng protein tổng bằng phương pháp Kjeldahl .................. 42
2.3.5. Phương pháp xác định hàm lượng 5’-GMP ................................................ 42

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................ 44
3.1. Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp tự phân ... 44
3.1.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất trích ly protein ....................................... 44
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất trích ly protein ............................... 47

x


Luận văn tốt nghiệp

Mục lục

3.1.3. Tối ưu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng phương pháp tự phân........... 48
3.1.3.1. Các thông số được lựa chọn để tiến hành q trình tối ưu hóa ................ 48
3.1.3.2. Quy trình tối ưu hóa hai thơng số pH và thời gian tự phân ..................... 49
3.1.3.3. Kết quả thí nghiệm ................................................................................... 50
3.2. Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào bằng phương pháp sử dụng kết hợp enzyme
endoprotease và exoprotease ................................................................................ 52
3.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ giữa enzyme endoprotease (Protamex) và hỗn hợp
enzyme xử lý ......................................................................................................... 52

3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ hỗn hợp enzyme xử lý (gồm enzyme Protamex và
Flavouzyme) .......................................................................................................... 55
3.2.3. Tối ưu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng phương pháp thủy phân bằng
enzyme .................................................................................................................. 57
3.2.3.1. Các thơng số được lựa chọn để tiến hành q trình tối ưu hóa ................ 57
3.1.3.2. Quy trình tối ưu hóa hai thông số pH và thời gian tự phân ..................... 58
3.1.3.3. Kết quả thí nghiệm ................................................................................... 59
3.3. Khảo sát hàm lượng enzyme phosphodiesterase thực hiện quá trình thủy
phân RNA để thu nhận 5’-GMP ......................................................................... 62
3.4 Sản xuất thử sản phẩm chất chiết nấm men giàu 5’-GMP bằng phương pháp
thủy phân bởi enzyme phosphodiesterase ........................................................... 63
3.4.1. Hàm lượng 5’-GMP và các chỉ tiêu hóa lý trong sản phẩm chất chiết nấm
men giàu 5’-GMP được sản xuất bằng phương pháp thủy phân bởi enzyme ....... 63
3.4.2. Hàm lượng 5’-GMP và các chỉ tiêu hóa lý trong sản phẩm chất chiết nấm
men giàu 5’-GMP được sản xuất bằng phương pháp tự phân .............................. 65

xi


Luận văn tốt nghiệp

Mục lục

3.4.3. So sánh chất lượng sản phẩm thu được từ hai phương pháp tự phân và thủy
phân bằng enzyme ................................................................................................. 67

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN .................................................................................. 69
4.1. Kết luận .......................................................................................................... 69
4.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 72
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 76
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................ 88

xii


Luận văn tốt nghiệp

Danh mục viết tắt

DANH MỤC VIẾT TẮT
5’-GMP: guanosine 5 monophosphate
5’-IMP: inosine 5 monophosphate
NPP: bis-p-nitrophenyl phosphate

xiii


Luận văn tốt nghiệp

Danh mục hình

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Chất chiết nấm men dạng bột (Yeast extract) ...................................... 1
Hình 1.2: Tế bào nấm men S. cerevisiae trong giai đoạn sinh sản bằng phương pháp
tạo chồi .................................................................................................................. 4
Hình 1.3: Sơ đồ của tế bào các cơ quan của nấm men ........................................ 6
Hình 1.4: Hình thái cấu trúc của tế bào nấm men quan sát dưới kính hiển vi quang
học Normasky (Normasky Light Microscopy) khi được nuôi cấy trong môi trường

tổng hợp sau 24h (a) và sau 24h khi tiến hành quá trình tự phân trong mơi trường
rượu vang (wine medium) (b). .............................................................................. 16
Hình 1.5: Tế bào nấm men sau 24h tiến hành q trình tự phân trong mơi trường
rượu vang (wine medium) được quan sát bằng kỹ thuật LTSEM ........................ 17
Hình 1.6: Hai giai đoạn chính của q trình sản xuất chất chiết nấm men .......... 20
Hình 1.7: Mơ hình biểu diễn khả năng tạo thành cấu trúc xoắn đôi ở những đoạn
RNA có các trình tự bazo bổ sung ........................................................................ 22
Hình 1.8 : Cấu tạo của mRNA.............................................................................. 22
Hình 1.9 : Cấu tạo của tRNA................................................................................ 23
Hình 1.10 : Cấu tạo của 5’-GMP .......................................................................... 24
Hình 1.11 : Cơ chế tác dụng của enzyme 5’-phosphodiesterase .......................... 25
Hình 3.1 : Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất trích ly protein của
quá trình tự phân ................................................................................................... 44
Hình 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất trích ly protein

xiv


Luận văn tốt nghiệp

Danh mục hình

của quá trình tự phân ............................................................................................. 47
Hình 3.3 : Biểu diễn phương trình hồi quy trên hệ trục khơng gian ba chiều ...... 52
Hình 3.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex trong hỗn hợp enzyme xử lý đến
hiệu suất trích ly protein ........................................................................................ 53
Hình 3.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp enzyme xử lý so với cơ chất nấm men đến
hiệu suất trích ly protein ........................................................................................ 55
Hình 3.6: Biểu diễn phương trình hồi quy trên hệ trục khơng gian ba chiều ....... 61
Hình 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme phosphodiesterase thực hiện quá trình

thủy phân RNA thu nhận 5’-GMP với mẫu được thu nhận bằng phương pháp thủy
phân bởi enzyme ................................................................................................... 62
Hình 3.8 : Sắc ký đồ của mẫu chuẩn. ................................................................... 64
Hình 3.9 : Sắc ký đồ mẫu thử được thu nhận bằng phương pháp thủy phân bởi
enzyme .................................................................................................................. 64
Hình 3.10: Sắc ký đồ mẫu thử được thu nhận bằng phương pháp tự phân ......... 66

xv


Luận văn tốt nghiệp

Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng phân loại các thành phần trong nấm men ................................... 5
Bảng 1.2: Thành phần sinh khối của nấm men khô.............................................. 11
Bảng 2.1: Bảng yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Protamex® ................................. 30
Bảng 2.2: Bảng yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Flavourzyme® ........................... 31
Bảng 2.3: Hệ đệm phosphate – citrate .................................................................. 33
Bảng 3.1: Giá trị tâm và bước nhảy của các yếu tố thí nghiệm ........................... 49
Bảng 3.2: Xây dựng phương trình hồi quy trong tối ưu hóa ................................ 50
Bảng 3.3: Kết quả các giá trị trong phương trình hồi quy.................................... 51
Bảng 3.4: Giá trị tâm và bước nhảy của các yếu tố thí nghiệm ........................... 58
Bảng 3.5: Xây dựng phương trình hồi quy trong tối ưu hóa ................................ 59
Bảng 3.6: Kết quả các giá trị trong phương trình hồi quy.................................... 60
Bảng 3.7: Các chỉ tiêu vật lý của mẫu sản phẩm được thu nhận bằng phương pháp
thủy phân bởi enzyme ........................................................................................... 62
Bảng 3.8: Các chỉ tiêu vật lý của mẫu sản phẩm được thu nhận bằng phương pháp
tự phân ................................................................................................................... 66

Bảng 3.9: So sánh các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm thu được ...................... 67

xvi


Luận văn tốt nghiệp

Lời giới thiệu

LỜI GIỚI THIỆU
Nấm men được xem là điển hình cho nhóm vi sinh vật nhân thật, và được sử
dụng rất phổ biến trong công nghệ sản xuất bia – rượu. Trong dinh dưỡng, từ lâu,
nấm men đã được biết đến như một nguồn bổ sung dinh dưỡng an tồn và có giá trị
cao. Mặt khác, đã có rất nhiều nghiên cứu về ứng dụng của chất chiết nấm men
trong công nghệ sản xuất thực phẩm.
Trong những năm gần đây, công nghiệp sản xuất bia rượu đang có những
bước tiến vượt bậc, nhu cầu sử dụng sản phẩm bia rượu ngày càng tăng lên. Tại
Việt Nam, năm 2011, sản lượng bia toàn ngành đạt 2.620,7 triệu lít, tăng 9,5% so
với năm 2010 (Hội nghị VBA lần III). Theo chiến lược phát triển đến năm 2015, sản
lượng sản xuất bia của toàn ngành sẽ là 4 tỷ lít với hơn 150 các cơng ty, cơ sở sản
xuất bia (Nghị quyết 2435/QĐ-BCT). Từ đó, việc đầu tư và mở rộng sản xuất của
các nhà máy bia được xem là một trong những nhiệm vụ hàng đầu. Hàm lượng nấm
men trong bã thải của nhà máy bia này chiếm một lượng rất lớn, tuy nhiên, hầu hết
lượng nấm men này đều được sử dụng để chế biến thức ăn cho động vật, làm phân
cải tạo đất,…. Điều này đã đặt ra cho ngành công nghệ thực phẩm cần phải có
những nghiên cứu tận dụng triệt để nguồn sinh khối này để sản xuất ra những sản
phẩm có tính ứng dụng cao về dinh dưỡng cũng như những ứng dụng trong sản xuất
và chế biến thực phẩm.
Nấm men là loài vi sinh vật có hàm lượng protein khá cao và có ý nghĩa về
mặt dinh dưỡng, khi thực hiện quá trình phá vỡ tế bào nhằm thu nhận dịch chiết

nấm men thì một lượng lớn các protein bị thủy phân tạo thành các acid amin,
peptide, polypeptide,… Những thành phần này rất có ý nghĩa về mặt dinh dưỡng.
Do đó, chúng tôi thực hiện việc nghiên cứu phá vỡ tế bào nấm men bằng hai
phương pháp: tự phân và thủy phân bằng enzyme để thu nhận dịch bào của nấm
men gọi là chất chiết nấm men (yeast extract).

xvii


Luận văn tốt nghiệp

Lời giới thiệu

Nghiên cứu của Kunikawa (1960) về khả năng kích thích vị giác của 5’GMP đã mở ra một hướng nghiên cứu mới về khả năng ứng dụng của chất chiết
nấm men trong công nghệ chế biến thực phẩm. 5’-GMP là một nucleotide cấu tạo
nên RNA. Do đó, từ chất chiết nấm men thu nhận được, chúng tôi sử dụng enzyme
5’-phosphodiesterase để thủy phân RNA thành các nucleotide tự do thì việc ứng
dụng sản phẩm chất chiết nấm men giàu 5’-GMP vào công nghệ thực phẩm sẽ có ý
nghĩa to lớn.

xviii


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1.

TỔNG QUAN VỀ CHẤT CHIẾT NẤM MEN

1.1.1. Định nghĩa
Food Chemical Codex định nghĩa: “yeast extract” là sản phẩm chứa các
thành phần hòa tan của nấm men, mà chủ yếu là amino acid, đoạn peptide,
carbohydrate và muối. “Yeast extract” được tạo ra do quá trình thủy phân các chuỗi
peptide nhờ các enzyme của chính tế bào nấm men hay enzyme sử dụng trong thực
phẩm được thêm vào (dẫn liệu từ Eurasyp).

Hình 1.1: Chất chiết nấm men dạng bột (Yeast extract)
“Yeast extract” được gọi là chất chiết nấm men, là tên gọi chung của loại sản
phẩm thu được từ các thành phần có trong tế bào nấm men sau khi thực hiện quá
trình phá vỡ tế bào. Chất chiết nấm men được sử dụng trong ngành công nghệ thực
phẩm như là một phụ gia thực phẩm (food additivities) hoặc là một loại gia vị
(flavourings). Nó được sử dụng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau: các loại súp
(soup), các loại nước chấm (sauces), các loại bánh snack (snack food) và một số
loại đồ hộp (canned food). Trong kỹ thuật vi sinh, chất chiết nấm men đóng vai trị
như là một thành phần dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật. Theo

1


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan

Youk và Ingram (1996), một số thành phần vitamin có trong chất chiết nấm men sẽ
có tác dụng tốt cho sức khỏe của con người và là một thành phần có trong mơi
trường ni cấy vi sinh vật [11].

Đã có nhiều nghiên cứu về quá trình sản xuất chất chiết nấm men (Breddam
và Beenfeld, 1991; Roman và cộng sự, 1991; Choi và Chung, 1998) [11]. Hiện tại,
có khá nhiều phương pháp sản xuất chất chiết từ tế bào nấm men, tuy nhiên, xét về
bản chất thì đó là sự ứng dụng hai q trình chính: tự phân (autolysis) và thủy phân
(hydrolysis).
Chất chiết nấm men đã được sản xuất đại trà và được thương mại hóa với ba
dạng sản phẩm: dạng lỏng, dạng paste và dạng bột (Nagodavwithana, 1992;
Sommer, 1998; Joseph, 1999) [35]. Vì có nhiều ưu điểm hơn trong việc vận chuyển
và bảo quản, sản phẩm chất chiết nấm men dạng bột vẫn được sử dụng phổ biến
hơn.
Chất chiết nấm men được xem như là một thành phần tự nhiên có khả năng
tạo vị. Theo quy định của luật thực phẩm châu Âu (European Food Law), chất chiết
nấm men sẽ phải được ghi nhãn là “yeast extract” hoặc “natural flavour” mà không
phải kèm theo danh sách thành phần các chất có trong sản phẩm.
1.1.2. Ứng dụng
Chất chiết nấm men có hai hướng ứng dụng chính:
Trong sản xuất thực phẩm
Trong cơng nghệ thực phẩm, chất chiết nấm men được sử dụng rộng rãi với
hai mục đích chính: tăng cảm giác mùi vị cho sản phẩm và góp phần nâng cao giá
trị dinh dưỡng của sản phẩm thực phẩm (Moresi và cộng sự, 1995) [10].
Chất chiết nấm men được sử dụng với mục đích chính là tạo ra hương vị
thơm ngon và cho cảm nhận vị umami. Umami – thường được gọi là vị ngọt thịt –
là một trong 5 vị cơ bản cùng với vị ngọt, chua, đắng và mặn (thuật ngữ “umami”

2


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan

chính thức được cơng nhận tại hội thảo khoa học quốc tế về vị umami, 1985).
Umami là vị của acid amin L-glutamate và 5’- ribonucleotide như guanosine
monophosphate (GMP) và inosine monophosphate (IMP). Tác dụng cơ bản của
umami là khả năng tạo vị hài hòa cũng như làm “trịn vị” cho món ăn. Thơng
thường, người ta thường sử dụng monosodium glutamate (MSG) để tạo vị umami.
Trong chất chiết nấm men, thành phần acid glutamic tự do rất nhiều và hiện nay, nó
được xem như là một thành phần thay thế cho bột ngọt (với thành phần chính là
monosodium glutamate) trong sản xuất thực phẩm.
Nghiên cứu của Kunikawa (1960) đã chứng minh 5’-GMP có khả năng kích
thích vị giác. Do nấm men có chứa rất nhiều RNA, mà bản thân RNA lại rất giàu
5’- GMP nên đây chính là điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sản xuất chất chiết nấm
men giàu 5’- GMP ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.
Chất chiết nấm men được ứng dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp thực phẩm:
-

Trong sản xuất các thực phẩm chay: bản thân chất chiết nấm men được xem
như là một thành phần tự nhiên có vị ngọt thịt “umami” nên được ứng dụng
trong công nghệ sản xuất thực phẩm chay. Bên cạnh đó, việc có mặt với hàm
lượng lớn của các acid amin, peptide, các protein sẽ là nguồn dinh dưỡng cần
thiết cho những người sử dụng loại thực phẩm này.

-

Trong sản xuất các loại thực phẩm như súp (soup), các loại nước chấm
(sauces), các món ăn từ thịt, các dạng snack và những thức ăn được chế biến
sẵn (Berry, 1982; Peppler, 1982; Erten và Tanguler, 2006) [37] [41].

Trong kỹ thuật nuôi cấy vi sinh vật
Nguồn dinh dưỡng trong mơi trường ni cấy có ảnh hưởng rất lớn đến sự

sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Trong đó, nguồn cacbon đảm bảo sự tổng
hợp một số các hợp chất hữu cơ và nguồn nitơ chịu trách nhiệm chính cho việc tổng
hợp các acid nucleic là hai thành phần được xem là quan trọng nhất. Bên cạnh đó,
một số các thành phần khác như phospho, sulfur và các hợp chất vi lượng như

3


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan

khống và vitamin có liên quan đến những cofactor quan trọng để thực hiện những
phản ứng chuyển hóa sinh học.
Chất chiết nấm men được xem như là một tác nhân tích cực cho sự phát triển
và sinh trưởng của nấm men trong suốt quá trình lên men, kích thích tốc độ lên men
và sự sinh tổng hợp các sản phẩm của quá trình lên men. (Thomas và Ingledew,
1990; Jones và cộng sự, 1994; Bafrncova và cộng sự, 1999) [35] [44].
Trong thành phần của chất chiết nấm men, hàm lượng các protein, acid amin,
lipid, vitamin, và các loại khoáng chất rất cần thiết cho sự sinh trưởng của nấm men.
Vì vậy, nó được ứng dụng rất phổ biến trong kỹ thuật nuôi cấy vi sinh vật. Trong
thành phần của chất chiết nấm men, hàm lượng vitamin là khá lớn, đặc biệt là các
vitamin nhóm B. Bên cạnh đó, hàm lượng khống vi lượng trong thành phần chất
chiết nấm men là khá lớn. Điều này sẽ rất có lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của
vi sinh vật.
1.2.

TỔNG QUAN VỀ NẤM MEN

1.2.1. Cấu trúc tế bào nấm men

Nấm men Saccharomyces cerevisiae có cơ thể đơn bào. Chúng phân bố rộng
rãi khắp nơi. Đặc biệt thấy chúng có mặt nhiều ở đất trồng nho và các nơi trồng hoa
quả. Ngồi ra thấy chúng có mặt trên trái cây chín, trong khơng khí, trong nhụy hoa
và cả nơi sản xuất rượu vang [2] [5].

Hình 1.2: Tế bào nấm men S. cerevisiae trong giai đoạn sinh sản bằng phương
pháp tạo chồi.

4


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan

Saccaromyces có khoảng 40 lồi (Van Der Walt, 1970). Trong đó,
Saccharomyces cerevisiae là lồi được sử dụng phổ biến trong thực phẩm, đặc biệt
là trong cơng nghệ lên men. Saccharomyces cerevisiae có hình elip, kích thước
đường kính tế bào lớn khoảng 5 – 10µm, nhỏ khoảng từ 1 – 7µm. Tế bào nấm men
thường có kích thước lớn gấp 5 – 10 lần tế bào vi khuẩn. Kích thước của tế bào nấm
men thay đổi theo điều kiện nuôi cấy, theo tuổi sinh lý. Thể tích của tế bào là 29µm3
cho một tế bào đơn bội, và 55µm3 cho một tế bào lưỡng bội. Nấm men thể hiện hầu
hết các cấu trúc và chức năng của tế bào nhân chuẩn, và được sử dụng như là một
mơ hình chung cho các tế bào nhân chuẩn sinh học. Trong thành phần của nấm
men, nhóm cao phân tử gồm protein, glucoprotein, polysaccharide, polyphosphate,
lipid, nucleic acid [24].
Bảng 1.1: Bảng phân loại các thành phần trong nấm men [25]
Nhóm cao phân tử

Loại

Thành phần chính

Protein

Cấu trúc

actin, tubulin (bộ khung tế bào) histones (H2A,
H2B, H3, H4, no H1) protein của ribosome
α và một pheromone

Hormone
Enzyme
Glycoprotein

Thành tế

mannoprotein

bào

Polysaccharide

Enzyme

Enzyme chức năng (Invertase)

Thành tế

glucan, mannan, chitin

bào
Lớp vỏ

Polyphosphate

Dự trữ

glycogen, trehalose

Dự trữ

Polyphosphate trong không bào

5


Luận văn tốt nghiệp

Lipid

Nucleic acid

Chương 1: Tổng quan

Cấu trúc

Sterol tự do trong màng tế bào

Dự trữ

Hạt lipid (sterol ester và triglyceride)

Chức năng

Dẫn xuất phosphoglyceride, acid béo tự do

DNA

Hệ gen học DNA (80%); ty thể (10-20%)

RNA

rRNA (80%); mRNA (5% cytosol, ER,
mitochondria), tRNAs, snRNAs

Nấm men là sinh vật đơn bào hiển vi, tế bào cơ bản giống như động vật,
thực vật. So sánh cấu tạo tế bào nấm men với vi khuẩn ta thấy có sự tiến hóa nhảy
vọt từ nhân sơ đến nhân chuẩn. Cùng với sự tiến hóa về nhân và cơ chế phân chia
nhân (nhân có màng, có các thể nhiễm sắc, …), ở tế bào nhân chuẩn xuất hiện nhiều
thể không thấy ở nhân sơ, như ti thể, lục lạp, …
Tế bào nấm men cũng như nhiều loại tế bào khác, được cấu tạo chủ yếu từ
các thành phần cơ bản như sau: thành tế bào, màng nguyên sinh chất, nhân, các cơ
quan con khác.

Hình 1.3: Sơ đồ của tế bào và các cơ quan của nấm men

6