Nghiên cứu thu nhận chế phẩm b glucan từ bã nấm men bia bằng phương pháp thủy phân bằng enzyme, siêu âm và kết hợp thủy phân siêu âm

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

2

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

3



BK
TP.HCM

4
5
6

HỌ TÊN HV: TRẦN MINH TÂM

7
8
9

NGHIÊN CỨU THU NHẬN CHẾ PHẨM β-GLUCAN

10

TỪ BÃ NẤM MEN BIA BẰNG PHƢƠNG PHÁP THỦY

11

PHÂN BẰNG ENZYME, SIÊU ÂM VÀ KẾT HỢP

12

THỦY PHÂN - SIÊU ÂM

13
14

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống

15

Mã số: 10111026

16
17

LUẬN VĂN THẠC SĨ

18
19
20
21
22

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2012

CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học:

PGS.TS Đống Thị Anh Đào

Cán bộ nhận xét 1:

TS. Nguyễn Hữu Phúc

Cán bộ nhận xét 2:

PGS.TS Nguyễn Thúy Hƣơng

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày 07/03/2012.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.

PGS.TS Phạm Thị Ánh Hồng

2.

TS. Phan Ngọc Hòa

3.

TS. Nguyễn Hữu Phúc

4.

PGS.TS Nguyễn Thúy Hƣơng

5.

PGS.TS Đống Thị Anh Đào

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trƣởng khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA...............


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Trần Minh Tâm

MSSV: 10111026

Ngày, tháng, năm sinh: 14/05/1987

Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh

Chun ngành: Cơng nghệ thực phẩm & Đồ uống

Mã số: 605402

I.

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thu nhận chế phẩm β – glucan từ bã nấm men bia
bằng phƣơng pháp thủy phân bằng enzyme, siêu âm và kết hợp thủy phân – siêu
âm.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Tổng quan tài liệu về β – glucan và các phƣơng pháp phá vỡ tế bào.
2. Phá vỡ thành tế bào nấm men bằng enzyme alcalase: khảo sát và tối ƣu hóa
các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men.
3. Phá vỡ thành tế bào nấm men bằng sóng siêu âm: khảo sát và tối ƣu hóa các
yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men.
4. Phá vỡ thành tế bào nấm men bằng sóng siêu âm kết hợp với thủy phân
bằng alcalase: đánh giá hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men.
5. Đánh giá và so sánh hàm lƣợng β – glucan trong chế phẩm thu đƣợc từ các
phƣơng pháp phá vỡ tế bào khác nhau.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/07/2011
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/03/2012
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS. TS. Đống Thị Anh Đào


Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 03 năm 2012
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA:………………
(Họ tên và chữ ký)


Luận văn tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS Đống Thị Anh Đào, ngƣời cơ tận
tụy đã hết lịng hƣớng dẫn và chỉ bảo để tơi có thể hồn thành tốt luận văn này.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến mọi thành viên trong gia đình tơi,
những ngƣời đã tạo điều kiện vật chất cũng nhƣ ủng hộ về mặt tinh thần cho tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Trong những năm tháng học tập tại trƣờng Đại học Bách khoa thành phố Hồ
Chí Minh, tơi đã đƣợc rất nhiều thầy cô hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức
vô giá, tôi xin gửi lời tri ân tới tập thể các thầy cô của trƣờng Đại học Bách Khoa
thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cơ của bộ môn Công nghệ thực phẩm.
Sau cùng, tôi xin cảm ơn các anh, chị và các bạn cùng làm nghiên cứu tại
phịng thí nghiệm cơng nghệ thực phẩm, đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện
luận văn tốt nghiệp tại trƣờng Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 03 năm 2012
TRẦN MINH TÂM

i

Luận văn tốt nghiệp

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Sự phá vỡ tế bào là một nhân tố quan trọng trong việc tách và thu nhận các
sản phẩm của công nghệ sinh học tế bào. Để thu đƣợc các sản phẩm sinh học thì tế
bào phải đƣợc phá vỡ để giải phóng ngun liệu nội bào [7][7]. Hiện nay, có nhiều
phƣơng pháp để phá vỡ thành tế bào nấm men, nhằm thu nhận các thành phần bên
trong tế bào, trong đó thành phần quan trọng cần thu nhận là β - glucan. Phƣơng
pháp chúng tơi chọn là sử dụng q trình thủy phân bằng enzyme, phƣơng pháp xử
lý bằng sóng siêu âm và kết hợp hai phƣơng pháp này nhằm phá vỡ các liên kết trên
thành tế bào để thu nhận β - glucan.
Đối với phƣơng pháp thủy phân bằng enzyme, chúng tôi tiến hành khảo sát
ảnh hƣởng thời gian thủy phân và hàm lƣợng enzyme đến hiệu suất phá thành tế bào
nấm men. Tiếp theo, tiến hành tối ƣu hóa bằng phƣơng pháp quy hoạch thực
nghiệm với hàm mục tiêu là hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men. Kết quả thí nghiệm
thu đƣợc nhƣ sau: thời gian tối ƣu là 5,33 giờ, hàm lƣợng enzyme sử dụng là 0,86%
(w/w), hiệu suất phá vỡ tế bào là 47,92%.
Đối với phƣơng pháp phá vỡ tế bào bằng sóng siêu âm, chúng tơi tiến hành
khảo sát ảnh hƣởng thời gian và công suất siêu âm đến hiệu suất phá thành tế bào
nấm men. Sau đó, chúng tơi thực hiện tối ƣu hóa bằng phƣơng pháp quy hoạch thực
nghiệm để tìm giá trị thời gian, cơng suất siêu âm tối ƣu tại đó hiệu suất phá vỡ tế
bào đạt cực đại. Kết quả cho thấy: thời gian siêu âm tối ƣu là 11,73 phút và cơng
suất siêu âm tối ƣu là 8,22 W/g, khi đó hiệu suất phá vỡ tế bào đạt đƣợc là 43,10%.
Đối với phƣơng pháp kết hợp, chúng tôi tiến hành xử lý sóng siêu âm trƣớc,
thủy phân bằng enzyme sau và ngƣợc lại. Kết quả thu đƣợc cho thấy khi kết hợp hai
phƣơng pháp thì hiệu suất phá vỡ tế bào tăng cao, cụ thể: hiệu suất phá vỡ tế bào
của phƣơng pháp kết hợp xử lý sóng siêu âm trƣớc, thủy phân bằng enzyme sau và
phƣơng pháp thủy phân bằng enzyme trƣớc, xử lý sóng siêu âm sau lần lƣợt là

51,95% và 58,56%.

ii


Luận văn tốt nghiệp
Sau khi khảo sát quá trình phá vỡ tế bào, chúng tôi tiến hành đo hàm lƣợng
β – glucan trong mẫu đƣợc phá vỡ tế bào tại các thông số tối ƣu của phƣơng pháp
siêu âm và thủy phân bằng enzyme, với mẫu đối chứng là nấm men ƣớt ban đầu
chƣa qua xử lý phá vỡ thành tế bào. Chế phẩm β - glucan thu đƣợc trong mẫu siêu
âm, mẫu thủy phân bằng enzyme, mẫu kết hợp siêu âm trƣớc, tự phân sau và mẫu
kết hợp enzyme trƣớc, siêu âm sau lần lƣợt là là 56,51%, 60,32%, 65,43% và
72,06%. Ngồi ra trong chế phẩm cịn có một số thành phần khác nhƣ protein, lipid,
tro, chitin …

iii


Luận văn tốt nghiệp

ABSTRACT
Cell disruption is an important stage in the isolation and preparation of
intracellular products for biopharmaceutical technology. Cell disruption focuses on
obtaining the desired product from within the cell and it is the cell wall that must be
disrupted to allow the contents of the cell out. There are many methods to disrup
yeast cell wall to obtain the products from within the cell. One of products is β –
glucan. The methods that we used to disrup yeast cell wall were enzymatic
hydrolysis, ultrasonic treatment and combination of these methods.
In the enzymatic hydrolysis, we investigated the effect of treatment time and
enzyme content on cell diruption yield. Then, we optimised by experiment plan to

obtain the highest cell diruption yield. The results showed that the optimal
conditions of enzymatic hydrolysis were as follows: treatment time of 5,33 hours,
enzyme content of 0,86% (w/w) and cell diruption yield of 47,92%.
In the ultrasonic treatment, we investigated the effect of treatment time and
ultrasonic power on cell diruption yield. Then, we optimised by experiment plan to
obtain the highest cell diruption yield. The results showed that the optimal
conditions of ultrasonic treatment were as follows: treatment time of 11,73 minutes,
ultrasonic power of 8,22 W/g and cell diruption yield of 43,10%.
In the combinable method, we treated sample with ultrasound after enzymatic
hydrolysis and vice versa. The results showed that the combinable method enhanced
cell diruption yield. The cell disruption yield of combinable method that we treat
sample with ultrasound after enzymatic treatment and with enzymatic hydrolysis
after ultrasound were 51,95% and 58,56%.
After investigating cell disruption, we determined β – glucan content in the
samples treated at the optimal conditions of cell disruption by enzymatic hydrolysis
and ultrasound. The control sample was initially wet yeast untreated cells
disruption. The β – glucan content in sample treated with ultrasound, with enzyme,
with ultrasound after enzymatic treatment and with enzymatic hydrolysis after

iv


Luận văn tốt nghiệp

ultrasound were 56,51%, 60,32%, 65,43% and 72,06%. Besides that there are
another components in the sample, such as protein, lipid, chitin, ash …

v

Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .....................................................................3
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ....................................................................................... ii
ABSTRACT ..........................................................................................................iv
MỤC LỤC ............................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG.............................................................................................xi
LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................... xii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................1
1.1

Tổng quan về β - glucan ........................................................................1

1.1.1

Cấu trúc .............................................................................................1

1.1.2

Phân loại [60] ....................................................................................2

1.1.3

Nguồn nguyên liệu chứa β – glucan .................................................4

1.1.4

Các phƣơng pháp thu nhận β - glucan từ nấm men ..........................4

1.1.5

Tác dụng của β - glucan tới sức khỏe ...............................................6

1.1.6

Ứng dụng của β - glucan trong công nghệ thực phẩm ......................8

1.2

Tổng quan về nấm men .......................................................................10

1.2.1

Cấu trúc tế bào nấm men ................................................................10

1.2.2

Ứng dụng của sinh khối nấm men bia ............................................15

1.3

Phƣơng pháp phá vỡ tế bào .................................................................20

1.3.1

Phân loại ..........................................................................................20

1.3.2

Phá vỡ tế bào nấm men bằng phƣơng pháp enzyme .......................22

1.3.3

Phá vỡ tế bào nấm men bằng sóng siêu âm ....................................25

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............31
2.1
2.1.1

Nguyên liệu .........................................................................................31
Bã thải nấm men .............................................................................31

vi


Luận văn tốt nghiệp

2.1.2

Enzyme alcalase ..............................................................................31

2.1.3

Thiết bị siêu âm ...............................................................................32

2.2

Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................32

2.2.1

Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................32

2.2.2

Quy trình thu nhận β – glucan.........................................................34

2.2.3

Phá vỡ thành tế bào nấm men bằng chế phẩm enzyme alcalase .....37

2.2.4

Phá vỡ thành tế bào nấm men bằng sóng siêu âm ..........................38

2.2.5

Phá vỡ thành tế bào nấm men bằng sóng siêu âm kết hợp với xử lý

enzyme alcalase .................................................................................................39
Đánh giá hàm lƣợng β – glucan trong chế phẩm ............................40

2.2.6
2.3

Phƣơng pháp tính tốn.........................................................................41

2.3.1

Hiệu suất phá vỡ tế bào ...................................................................41

2.3.2

Xử lý ANOVA ................................................................................41

2.3.3

Tối ƣu hóa theo phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm ..................41

2.4

Phƣơng pháp phân tích ........................................................................42

2.4.1

Phân tích hàm ẩm ............................................................................42

2.4.2

Xác định hàm lƣợng protein hịa tan (Lowry, 1951) ......................42

2.4.3

Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng β - glucan .................................42

2.4.4

Định lƣợng lipid tổng theo phƣơng pháp Soxhlet ..........................42

2.4.5

Xác định hàm lƣợng protein tổng số bằng phƣơng pháp Kjeldahl

(AOAC 960.52) .................................................................................................43
Xác định hàm lƣợng tro tổng (TCVN 5611-91) .............................43

2.4.6

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..........................................................44
3.1
enzyme

Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào bằng phƣơng pháp thủy phân bằng
44

3.1.1

Ảnh hƣởng của hàm lƣợng enzyme lên hiệu suất phá vỡ tế bào ....44

3.1.2

Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân lên hiệu suất phá vỡ tế bào ....47

vii


Luận văn tốt nghiệp

3.1.3
3.2

Tối ƣu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng chế phẩm enzyme....48
Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào bằng phƣơng pháp siêu âm.............52

3.2.1

Ảnh hƣởng của thời gian siêu âm lên hiệu suất phá vỡ tế bào .......52

3.2.2

Ảnh hƣởng của công suất siêu âm lên hiệu suất phá vỡ tế bào ......53

3.2.3

Tối ƣu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng siêu âm ....................54

3.3

Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào bằng phƣơng pháp kết hợp xử lý siêu

âm và thủy phân bằng enzyme ..............................................................................58
3.4

So sánh hiệu suất thu hồi β - glucan bằng phƣơng pháp tự phân và

phƣơng pháp sử dụng enzyme...............................................................................59
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................62

4.1

Kết luận ...............................................................................................62

4.2

Đề xuất và kiến nghị............................................................................62

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................64
PHỤ LỤC.............................................................................................................71
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .................................................................................88

viii


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Phân tử đƣờng glucose thể hiện số thứ tự carbon và hƣớng β...............1
Hình 1.2: Liên kết β - 1,3 và β - 1,6 glucoside ......................................................1
Hình 1.3: Phân tử β-1,3/1,6-glucan........................................................................2
Hình 1.4: Cấu tạo tế bào nấm men.......................................................................11
Hình 1.5: Mơ hình cấu thành thành tế bào nấm men ...........................................14
Hình 1.6: Ứng dụng của sinh khối nấm men .......................................................15
Hình 1.7: Phân loại các phƣơng pháp phá vỡ tế bào ...........................................20
Hình 1.8: Quá trình hình thành và phá vỡ của bọt khí .........................................28

Hình 2.1: Máy siêu âm dạng thanh ......................................................................32
Hình 2.2: Sơ đồ nghiên cứu .................................................................................33
Hình 2.3: Quy trình xử thu nhận β – glucan ........................................................34

Hình 3.1: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng enzyme alcalase đến hiệu
suất phá vỡ tế bào nấm men ......................................................................................44
Hình 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý enzyme alcalase đến
hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men ..............................................................................47
Hình 3.3: Biểu diễn phƣơng trình hồi quy trên hệ trục khơng gian ba chiều ......51
Hình 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất phá
vỡ tế bào nấm men ....................................................................................................52
Hình 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của công suất siêu âm đến hiệu suất phá
vỡ tế bào nấm men ....................................................................................................53
Hình 3.6: Biểu diễn phƣơng trình hồi quy trên hệ trục không gian ba chiều ......57

ix


Luận văn tốt nghiệp
Hình 3.7: Biểu đồ so sánh hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men bằng các phƣơng
pháp khác nhau ..........................................................................................................58
Hình 3.8: So sánh hàm lƣợng β – glucan bằng phƣơng pháp tự phân và phƣơng
pháp sử dụng enzyme ................................................................................................59

x


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các loại β - glucan có cấu trúc phân tử khác nhau đƣợc phân lập từ các
nguồn nguyên liệu khác nhau ......................................................................................3
Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly lên hiệu suất thu hồi và độ tinh

sạch của β - glucan [64] .............................................................................................6
Bảng 1.3: Ứng dụng của β - glucan trong các sản phẩm thực phẩm [59] ...................9
Bảng 1.4: Bảng phân loại các thành phần trong nấm men [26] ................................10
Bảng 1.5: Ứng dụng của dịch tự phân và dịch thủy phân nấm men bia nhƣ một
nguồn dinh dƣỡng cho môi trƣờng vi sinh vật ..........................................................17
Bảng 1.6: Nguyên lý, mức độ tác động của các phƣơng pháp phá vỡ tế bào ...........21

Bảng 2.1: Thành phần các chất trong nấm men ........................................................31

Bảng 3.1: Giá trị tâm và bƣớc nhảy của các yếu tố thí nghiệm ................................49
Bảng 3.2: Xây dựng phƣơng trình hồi quy trong tối ƣu hóa ....................................49
Bảng 3.3: Kết quả các giá trị trong phƣơng trình hồi quy ........................................50
Bảng 3.4: Giá trị tâm và bƣớc nhảy của các yếu tố thí nghiệm ................................55
Bảng 3.5: Xây dựng phƣơng trình hồi quy trong tối ƣu hóa ....................................55
Bảng 3.6: Kết quả các giá trị trong phƣơng trình hồi quy ........................................56
Bảng 3.7: Thành phần các chất trong chế phẩm β - glucan ......................................60

xi


Luận văn tốt nghiệp

LỜI GIỚI THIỆU
Hiện nay, trên thế giới các nhà máy sản xuất rƣợu, bia, thực phẩm lên men...
đã thải ra một lƣợng bã thải nấm men rất lớn. Hầu hết những bã thải này chỉ đƣợc
sử dụng để chế biến làm thức ăn cho động vật, làm phân cải tạo đất, xử lý nƣớc thải
hay đƣợc dùng nhƣ một nguồn nguyên liệu để sản xuất dịch chiết nấm men tự phân.
Song vẫn còn tồn đọng 50 - 60% lƣợng chẩt rắn thô mà chủ yếu là thành tế bào nấm
men (trong đó β - glucan chiếm 50 - 60% trọng lƣợng khô của thành tế bào nấm
men). Nguồn chất rắn này đƣợc bán làm thức ăn bổ sung trong chăn ni với giá

thành rẻ. Chính vì vậy mà việc sản xuất sản phẩm phụ có giá trị kinh tế nhƣ β glucan có thể mang lại lợi nhuận cao cho các nhà máy, xí nghiệp, đồng thời cịn góp
phần làm giảm thiểu tác động về mặt mơi trƣờng từ những khu công nghiệp này.
Nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ Hàn Quốc, Mĩ, Nhật Bản... cũng đã tiến hành
nghiên cứu tách chiết β - glucan từ thành tế bào nấm men để sử dụng nhƣ một yếu
tố kích thích miễn dịch tiềm ẩn và tác động tích cực đáng kể đến hệ thống bảo vệ,
tăng tính đề kháng của vật chủ đối với phần lớn các loại bệnh nhiễm khuẩn, nấm,
virus cũng nhƣ nhiều vi sinh vật kí sinh khác. Không chỉ vậy, các nhà khoa học
Nhật Bản cũng đã điều chế và sử dụng β - glucan nhƣ một yếu tố kích thích miễn
dịch hiệu quả trong điều trị ung thƣ. Bên cạnh đó, β - glucan cịn là chất chống oxi
hố, có tác dụng tái tạo da, làm mờ nếp nhăn nên đã đƣợc đùng làm chất bổ sung để
sản xuất mỹ phẩm.
Ở Việt Nam đây là một hƣớng nghiên cứu còn nhiều mới mẻ. Do đó, chúng tơi
đã bƣớc đầu nghiên cứu phƣơng pháp tách chiết β - glucan từ thành tế bào nấm men
Saccharomyces cerevisiae nhằm sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, dƣợc
phẩm và mỹ phẩm.

xii


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về β - glucan
1.1.1

Cấu trúc

β - glucan là hợp chất đƣờng liên phân tử đƣợc tạo nên từ các đơn phân tử D glucose gắn với nhau qua liên kết β - glucoside. Các β - glucan là nhóm các phân tử

đƣợc phân biệt dựa vào phân tử khối, độ hịa tan, độ nhớt và cấu trúc khơng gian 3
chiều.
Các nghiên cứu đã cho thấy dạng hợp chất khơng hịa tan 1,3/1,6 - β - glucan
có hoạt tính sinh học cao hơn dạng 1,3/1,4 - β - glucan. Sự khác nhau giữa liên kết β
- glucan và cấu tạo hóa học chủ yếu là do độ hịa tan, phản ứng và hoạt tính sinh
học.

Hình 1.1: Phân tử đƣờng glucose thể hiện số thứ tự carbon và hƣớng β

Hình 1.2: Liên kết β - 1,3 và β - 1,6 glucoside

1


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

Hình 1.3: Phân tử β-1,3/1,6-glucan
Trong nấm men Saccharomyces cerevisiae, thành tế bào chủ yếu chứa β - 1,3 D - glucan, β - 1,6 - D - glucan, chitin và mannoprotein, chúng liên kết với nhau
bằng liên kết cộng hóa trị. Mannoprotein, với khối lƣợng protein khoảng 100 Kda
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 không khử của
β - 1,3 - D - glucan. Chitin gắn thẳng vào nhánh β - 1,6 - D - glucan. Mối liên kết
này có vai trị trung tâm trong cấu trúc thành tế bào nấm men. Phần lớn β - 1,3 có
cấu trúc xoắn, những sợi xoắn này gồm chuỗi polysaccharide đơn hoặc ba chuỗi
liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Dƣới kính hiển vi điện tử, các sợi có đƣờng
kính từ 10 – 30 nm, luôn gắn với các chuỗi bên, mỗi chuỗi có đƣờng kính 0,5 – 1
nm. Cho đến nay vẫn chƣa có số liệu trực tiếp về chiều dài của các chuỗi bên. Các
chuỗi bên dài tạo ra các “polysaccharide” với các đầu khử cuối.

1.1.2

Phân loại [60]

Nguồn nguyên liệu tự nhiên chứa β - glucan bao gồm nấm men, vi khuẩn, tảo,
nấm rơm, đại mạch và yến mạch. Mỗi loại β - glucan từ các nguồn nguyên liệu khác
nhau sẽ có cấu trúc khác nhau cách liên kết giữa các phân tử glucose. β - glucan từ
các nguyên liệu khác nhau có cấu trúc phân tử khác nhau đƣợc thể hiện trong bảng
1.1.

2


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

Bảng 1.1: Các loại β - glucan có cấu trúc phân tử khác nhau đƣợc phân lập từ
các nguồn nguyên liệu khác nhau
Loại β - glucan

Nguồn nguyên liệu – tên gọi của β - glucan

(1,3) - β - glucan

 Vi khuẩn Alcaligenes faecalis - curdlan

(Mạch thẳng đồng nhất)

 Tảo Euglena gracilis - paramylon

 Poria cocos - pachyman
 Vitis vinifera - callose
 Cây thông (Larix laricina) - laricinan

(1,3),(1,6) - β - glucan

 Tảo Laminaria sp. – laminarin

(Mạch thẳng với mạch nhánh
(1,6) liên kết tại vị trí β –
glucosyl)

 Claviceps purpurea – glucan

(1,3),(1,6) - β - glucan

 Tảo nâu Eisenia bicyclis - laminarin

(Mạch thẳng với mạch nhánh
(1,6) liên kết tại vị trí β – glucosy
hay β-gentobiosyl)

 Nấm rơm Lentinula edodes - glucan

(1,3),(1,6) - β - glucan

 Nấm men Saccharomyces cerevisiae glucan

(Cấu trúc mạch nhánh liên kết với
mạch nhánh)

 Sclerotinia sclerotiorum – glucan

 Nấm rơm Schizophyllum commune glucan

(1,3),(1,4) - β - glucan

 Ngũ cốc - β - glucan

(Mạch thẳng)

 Rêu Cetraria islandica - lichenin

(1,3),(1,4) - β - glucan

 Nấm rơm Pleurotus Ostreatus - glucan

(Mạch thẳng với mạch nhánh
(1,4) liên kết tại vị trí β –
glucosyl)

3


Luận văn tốt nghiệp

1.1.3

Chƣơng 1: Tổng quan

Nguồn nguyên liệu chứa β – glucan

Một trong những nguồn phổ biến chứa β - 1,3 - D - glucan là thành tế bào của
nấm men Sacchromyces cerevisiae. Tuy nhiên, β - 1,3/1,4 - glucan cũng đƣợc chiết
xuất từ vỏ cám của hạt yến mạch và lúa mạch, một ít từ lúa mạch đen và lúa mì. Các
nguồn khác bao gồm loại tảo biển và một số loài nấm nhƣ Reishi, Shiitake và
Maitake.
1.1.4

Các phương pháp thu nhận β - glucan từ nấm men

β - glucan từ nhiều nguồn khác nhau có tiềm năng ứng dụng trong công nghệ
thực phẩm nhƣ chất làm dầy, chất thay thế chất béo, chất nhũ hóa… [8][40]. Đặc
biệt, một tính chất đƣợc quan tâm nhiều nhất của β - glucan là khả năng cải thiện
sức khỏe và hệ thống miễn dịch của con ngƣời [52][28][19].
Thành tế bào nấm men là một trong những nguồn cung cấp β - glucan phổ
biến nhất. Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng β - glucan từ nấm men bia có khả
năng tăng cƣờng hệ miễn dịch tốt nhất [29].
Trong nhiều thập kỷ trƣớc, phƣơng pháp phổ biến để thu nhận β - glucan từ
nấm men là sử dụng kiềm, acid hay kết hợp 2 phƣơng pháp này [17][30][63].
Nguyên tắc chủ yếu của phƣơng pháp này chủ yếu dựa trên sự khơng hịa tan của β
- glucan trong mơi trƣờng kiềm [62]. Mục đích chính của q trình trích ly bằng
kiềm là hịa tan, thủy phân protein nội bào, acid nuleic, mannan, glucan hòa tan và
lipid [48]. Và q trình trích ly hồn thành bằng cách loại bỏ glycogen, chitin,
chitosan và protein cịn sót lại bằng acid [20].
Một phƣơng pháp khác đƣợc nghiên cứu gần đây tiến hành thu nhận β - glucan
bằng cách oxy hóa trực tiếp bằng natri hypochlorite [37][65].
Tuy nhiên, việc sử dụng các phƣơng pháp trên để thu nhận β - glucan có điểm
bất lợi là gây phá hủy cấu trúc của β - glucan và ảnh hƣởng lên hoạt tính sinh học
của nó [35]. Do đó, trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu sử dụng các

4


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

phƣơng pháp khác để thu nhận mà khơng ảnh hƣởng đến hoạt tính sinh học của β glucan.
Freimund và các cộng sự (2003) sử dụng nƣớc nóng và xử lý enzyme nhƣ một
phƣơng pháp thay thế để thu nhận β - glucan từ nấm men [50].
Xiao-Yong Liu và các cộng sự (2006) nghiên cứu thu nhận β - glucan qua các
bƣớc sau: tự phân, xử lý nƣớc nóng và dung mơi, đồng hóa và thủy phân bằng
protease. So sánh với phƣơng pháp truyền thống xử lý bằng kiềm, acid thì phƣơng
pháp này cho hiệu suất và độ tinh sạch cao, đồng thời không làm biến đổi cấu trúc
của β - glucan [64].
Liu và các cộng sự (2008) sử dụng phƣơng pháp đồng hóa áp suất cao để phá
vỡ tế bào, kết quả thu đƣợc không chỉ hiệu suất thu nhận β - glucan cao mà còn bảo
quản đƣợc chuỗi glucose của β - glucan [31].
Marciane Magnani và các cộng sự (2009) tiến hành tối ƣu hóa q trình trích
ly β - glucan sử dụng kết hợp xử lý siêu âm và enzyme. Kết quả thu đƣợc β - glucan
có độ tinh khiết cao và phƣơng pháp này ít gây ơ nhiễm mơi trƣờng so với phƣơng
pháp truyền thống xử lý bằng kiềm, acid [31].

5


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly lên hiệu suất thu hồi và độ
tinh sạch của β - glucan [64]
STT

Độ tinh

Hiệu suất

Phƣơng pháp

sạch (%)

thu hồi (%)

trích ly

Tài liệu tham khảo

1

92

10,4

Trích ly bằng kiềm

Xiaozhong et al. (2000)

2

55

8,4

Trích ly bằng kiềm

Saowanee et al. (2004)

- acid
3

59

8,4

Đồng hóa – kiềm -

Saowanee et al. (2004)

acid
4

nd

3,7

Trích ly bằng

Ohno et al. (2001)

natrihypochloritedimethylsulfoxide
5

nd

22,9

Tự phân – oxy hóa

Yajun et al. (2003)

bằng natri
hypochlorite
6

83 – 85

25 – 26

Phân lập bằng

Freimund et al. (2003)

enzyme
7

79

nd

Trích ly bằng kiềm

Sản phẩm thƣơng mại ở

acid

Trung Quốc

Ghi chú: nd nghĩa là không xác định.
1.1.5

Tác dụng của β - glucan tới sức khỏe

Một số nhà khoa học cho rằng, vị trí và chiều dài của chuỗi bên quyết định
hoạt tính đề kháng của β - glucan hơn là trục chính của nó. Một sự biến đổi khác đó
là một vài hợp chất này tồn tại dƣới dạng chuỗi sợi đơn, trong khi trục chính của

6


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

những β - 1,3 - glucan khác tồn tại ở dạng các chuỗi sợi đôi hoặc sợi ba. Trong một
vài trƣờng hợp, các protein gắn vào trục β - 1,3 - glucan cũng có thể tạo nên hoạt
tính kháng thể [57][61].
 β - glucan giúp tăng cƣờng miễn dịch tự nhiên
β - glucan đƣợc biết đến nhƣ là chất bổ sung sinh học nhờ vào khả năng kích

thích hệ thống kháng thể. Các nhà nghiên cứu miễn dịch tại Đại học Louisville đã
phát hiện ra rằng một cơ quan cảm quan trên bề mặt tế bào kháng thể bẩm sinh
đƣợc gọi là cơ quan cảm quan bổ sung 3 (CR3 hoặc CD11b/CD18) giữ vai trò liên
kết β - glucan, cho phép tế bào kháng thể nhận ra chúng nhƣ “non-self”. Các nghiên
cứu đã phát hiện ra ảnh hƣởng của β - glucan trên các lớp cholesterol LDL, làm
lành vết thƣơng, kháng khuẩn và chống hình thành khối u [57][61].
β - glucan cịn đƣợc cho là có cơng dụng kích thích hệ miễn dịch tự nhiên,
tăng cƣờng sức khỏe hô hấp. β - glucan giúp tăng cƣờng hoạt động của các đại thực
bào và kích thích tăng tiết nhiều cytokines (chất hoạt hóa tế bào) nhằm tiêu diệt các
mầm bệnh xâm nhập từ bên ngoài, giúp giảm hệ số chuyển đổi thức ăn, kích thích
tiêu hóa, phịng các bệnh đƣờng ruột, nhiễm trùng do vi khuẩn, virus [57][61].
 β – glucan giúp tiêu diệt các tế bào ung thƣ
Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy, β - glucan đƣợc coi là có hiệu quả trong
việc phòng chống các tế bào ung thƣ. β - glucan có tác dụng kích hoạt, làm tăng số
lƣợng các tế bào miễn dịch chống ung thƣ macrophage và tế bào tiêu diệt tự nhiên
(tế bào NK) của cơ thể. Macrophage là hàng rào miễn dịch đầu tiên bảo vệ và chống
lại bất cứ yếu tố ngoại lai nào xâm nhập cơ thể, kể cả các tế bào ung thƣ. Tế bào NK
là một tế bào miễn dịch đặc hiệu có chức năng nhận biết và tiêu diệt tế bào ung thƣ.
Các tế bào miễn dịch của cơ thể đa phần đƣợc sản sinh ra tế bào tủy xƣơng, sự sản
xuất ra các tế bào này đều đặn, liên tục, nhƣng có giới hạn. β - glucan đến kích thích
làm gia tăng các tế bào sản sinh tế bào miễn dịch ở tủy xƣơng, làm gia tăng sức
mạnh bảo vệ cơ thể, đi vào máu, các hạch, các tổ chức khắp cơ thể [57][61].
 β - glucan tác dụng với hệ tim mạch

7


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

β - glucan còn có tác dụng tốt tới hệ tim mạch. Nghiên cứu đƣợc công bố năm
2008 của trƣờng Đại học Y Minnesota, Mỹ cho biết β - glucan giúp làm giảm đáng
kể các cholesterol xấu (LDL) [57]. Cũng thời điểm đó Trung tâm nghiên cứu và
chuyển hóa, trƣờng Đại học Zulia, Maracaibo, Venezuela cho biết β - glucan trong
yến mạch không chỉ có tác dụng làm giảm cholesterol xấu (LDL) mà cịn có tác
dụng cải thiện đáng kể cholesterol tốt (HDL). Những tác dụng này cho thấy β glucan có tác dụng rõ rệt trong việc cải thiện và tăng cƣờng sức khỏe hệ tim mạch.
1.1.6

Ứng dụng của β - glucan trong công nghệ thực phẩm

Từ những tác dụng trên, những năm gần đây β - glucan đƣợc coi là thực phẩm
chức năng giúp hỗ trợ trong việc làm ổn định đƣờng huyết trong máu, chống phơi
nhiễm phóng xạ, chống nhiễm trùng…
Hiện nay, β - glucan đƣợc sử dụng bổ sung vào các loại thực phẩm khác nhau
giúp đáp ứng nhu cầu sức khỏe của ngƣời tiêu dùng. β - glucan là thành phần đặc
biệt bổ sung vào công thức sữa cho trẻ, giúp tăng cƣờng hệ miễn dịch, phòng chống
các bệnh về đƣờng hô hấp… β - glucan đƣợc sản xuất dạng viên thuốc bổ sung –
thực phẩm chức năng hỗ trợ trong điều trị và phòng ngừa các bệnh ung thƣ, tiểu
đƣờng, tim mạch. Các nguồn thực phẩm để khai thác và sử dụng β - glucan chủ yếu
là: nấm men, lúa mạch, yến mạch và nấm.
β - glucan từ nấm men đƣợc ứng dụng trong nhiều sản phẩm thực phẩm, có thể
sử dụng nhƣ chất làm đặc với hƣơng vị trung tính, chất thay thế chất béo, chất nhũ
hóa, chất xơ hòa tan, chất tạo màng [59].

8


Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: Tổng quan

Bảng 1.3: Ứng dụng của β - glucan trong các sản phẩm thực phẩm [59]
Tài liệu tham khảo

Sản phẩm thực phẩm

Chất tạo gel, tạo đặc cho thực phẩm Shukla và Halpern (2005a); Laroche và
chức năng
Michaud (2007)
Bánh quy

Seeley (1977); Shukla và Halpern
(2005b)

Sản phẩm từ thịt

Thammakiti et al. (2004); Shukla và
Halpern (2005c)

Phô mai mềm

Shukla và Halpern (2005d)

Bánh mì, bánh xếp, bột nhào

Shukla và Halpern (2005e)

Kem, sữa uống, yogourt

Shukla và Halpern (2005g,h); Tudorica
et al. (2004)

Salad dressing

Shukla và Halpern (2005i,j)
Worrashinchai et al. (2006)

Sốt

Shukla và Halpern (2005k,l)

Súp

Shukla và Halpern (2005m,n,o,p)

Nƣớc giải khát bao gồm nƣớc ép trái Neumann et. al. (2006)
cây, sữa uống

9