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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


BK
TP.HCM

HỌ VÀ TÊN HV: NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG

NGHIÊN CỨU THU NHẬN CHẾ PHẨM BETAGLUCAN TỪ BÃ NẤM MEN BIA BẰNG PHƢƠNG
PHÁP TỰ PHÂN, SIÊU ÂM VÀ KẾT HỢP TỰ PHÂN –
SIÊU ÂM
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
MSHV: 10111027

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2012

i


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:

PGS.TS. Đồng Thị Thanh Thu

Cán bộ nhận xét 2:

TS Lê Quang Trí

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.TSKH Ngô Kế Sƣơng

2.

TS. Ngô Thanh An

3.

PGS.TS Đồng Thị Thanh Thu

4.

TS Lê Quang Trí

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...............

ii


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: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

MSSV: 10111027

Ngày, tháng, năm sinh: 31/08/1987

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Công 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 tự phân, siêu âm và kết hợp tự 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 tự phân: 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 tự phân: 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: 01/07/2012
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/03/2012
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS. TS. Đống Thị Anh Đào

iii


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)

iv


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

.......................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2012
Chữ ký của giáo viên

PGS. TS. Đống Thị Anh Đào

v


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.......................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2012
Chữ ký của giáo viên

vi


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ này đƣợc hoàn thành là cơng sức khơng chỉ của bản thân tơi mà
cịn có sự đóng góp vơ cùng q báu của tập thể và nhiều cá nhân khác. Đó là những ngƣời
đã dìu dắt, giúp đỡ tơi rất nhiều trong gần hai năm vừa qua.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Đống Thị Anh Đào đã hƣớng dẫn, chỉ
bảo em hết sức tận tâm trong suốt quá trình làm luận văn để có thể vƣợt qua những trở
ngại, và hồn thành cơng việc mà đề tài đƣa ra.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong bộ mơn Cơng nghệ Thực Phẩm nói
riêng và trƣờng Đại học Bách Khoa nói chung đã tận tình truyền đạt cho em những kiến
thức bổ ích trong học tập lẫn đời sống, làm cho em trƣởng thành hơn ngày hôm nay.
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 thạc sĩ tại trƣờng
Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Cuối cùng, con xin cảm ơn Ba Mẹ và gia đình đã ln u thƣơng, chăm sóc, động
viên, hỗ trợ con trong cả cuộc đời này.
Xin gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2012
Học viên
Nguyễn Thị Quỳnh Trang

vii

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 đỏi hỏi việc phá vỡ
tế bào để giải phóng nguyên liệu nội bào là cần thiết, 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 q trình tự và
xử lý sóng siêu âm nhằm phá vỡ các liên kết trên thành tế bào để thu nhận β - glucan.
Đối với phƣơng pháp phá vỡ tế bào bằng tự phân, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh
hƣởng thời gian và pH tự phân 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, pH
tự phân tối ƣu tại đó hiệu suất phá vỡ tế bào đạt cực đại. Kết quả cho thấy: giá trị pH tối ƣu
là 4.92 và thời gian tối ƣu là 29,53h, khi đó hiệu suất phá vỡ tế bào đạt đƣợc là 51,61%.
Trong phƣơng pháp xử lý siêu âm, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng thời gian và
công suất siêu âm 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.
Kết quả thí nghiệm thu đƣợc nhƣ sau: thời gian tối ƣu là 11,73 phút, công suất siêu âm tối
ƣu là 8,22 W/g, hiệu suất phá vỡ tế bào là 43,10%.
Đối với phƣơng pháp kết hợp, chúng tơi tiến hành xử lý sóng siêu âm trƣớc, tự phân
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, tự phân sau và phƣơng pháp tự phân trƣớc, xử lý sóng siêu âm sau lần lƣợt
là 55,18% và 61,25%.
Sau khi thực hiện mơ hình tối ƣu hóa, chúng tơi tiến hành đo hàm lƣợng β - glucan với
thông số tối ƣu của phƣơng pháp tự phân và thủy phân bằng enzyme, với mẫu đối chứng là
nấm men ƣớt ban đầu chƣa qua xử lý phá vỡ thành tế bào. Hàm lƣợng chế phẩm β - glucan
thu đƣợc trong mẫu tự phân là 65,12%, trong mẫu xử lý siêu âm là 57,69%, trong mẫu xử
lý kết hợp siêu âm trƣớc, tự phân sau là 69,31%; và trong mẫu xử lý kết hợp tự phân trƣớc,
siêu âm sau là 75,04%. Ngồi ra trong chế phẩm cịn có một số thành phần khác nhƣ
protein, lipid, tro, chitin …

viii


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 autolysis, ultrasonic
treatment and combination of these methods.
In the autolytic method, we investigated the effect of treatment time and
autolytic pH 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 29,53 hours,
autolytic pH of 4,92 and cell diruption yield of 51,61%.
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 autolytic treatment and with autolysis after ultrasound
were 55,18% and 61,25%.
After investigating cell disruption, we determined β – glucan content in the
samples treated at the optimal conditions of cell disruption by autolusis and
ultrasound. The control sample was initially wet yeast untreated cells disruption.

The β – glucan content in sample treated with ultrasound, with autolysis, with
ultrasound after autolysis and with autolysis after ultrasound were 57,69%, 65,12%,
ix


69,31% and 75,04%. Besides that there are another components in the sample, such
as protein, lipid, chitin, ash …

x


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................... iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ...................................................v
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .....................................................vi
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... vii
TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................... viii
ABSTRACT ..........................................................................................................ix
MỤC LỤC ............................................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................xiv
DANH MỤC BẢNG...........................................................................................xvi
LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................. xvii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ......................................................................................1
1.1

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

1.1.1

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

1.1.2

Nguồn nguyên liệu chứa β – glucan .................................................3

1.1.3

Các phƣơng pháp thu nhận β - glucan từ nấm men .........................3

1.1.4

Tác dụng của β - glucan tới sức khỏe ...............................................5

1.1.5

Ứng dụng của β - glucan trong công nghệ thực phẩm ......................7

1.2

Tổng quan về nấm men .........................................................................7

1.2.1

Cấu trúc tế bào nấm men ..................................................................7

1.2.2

Ứng dụng của sinh khối nấm men bia ............................................13

1.3

Phƣơng pháp phá vỡ tế bào .................................................................16

1.3.1

Phân loại ..........................................................................................16

1.3.2

Phá vỡ tế bào nấm men bằng phƣơng pháp tự phân .......................18

1.3.3

Phá vỡ tế bào nấm men bằng phƣơng pháp siêu âm .......................21

Chƣơng 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................27
xi


2.1

Nguyên liệu .........................................................................................27

2.1.1

Bã thải nấm men bia .......................................................................27

2.1.2

Hệ đệm phosphate – citrate .............................................................27

2.2

Thiết bị siêu âm ...................................................................................28

2.3

Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................28

2.3.1

Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................28

2.3.2

Quy trình thu nhận β - glucan từ nấm men .....................................30

2.3.3

Phá vỡ tế bào nấm men bằng quá trình tự phân ..............................32

2.3.4

Phá vỡ tế bào nấm men bằng phƣơng pháp siêu âm .......................33

2.3.5

Kết hợp 2 phƣơng pháp tự phân và siêu âm để phá vỡ tế bào ........34

2.3.6

Xác định hàm lƣợng β – glucan trong chế phẩm ............................35

2.4

Các phƣơng pháp phân tích .................................................................36

2.4.1

Phân tích hàm ẩm ............................................................................36

2.4.2

Xác định hàm lƣợng protein hòa tan (Lowry, 1951) ......................36

2.4.3

Phƣơng pháp xác định hiệu quả quá trình phá vỡ tế bào ................36

2.4.4

Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng β - glucan .................................37

2.4.5

Định lƣợng lipid tổng theo phƣơng pháp Soxhlet ..........................37

2.4.6

Xác định hàm lƣợng protein tổng số bằng phƣơng pháp Kjeldahl

(AOAC 960.52) .................................................................................................37
2.4.7

Xác định hàm lƣợng tro tổng (TCVN 5611-91) .............................37

2.4.8

Phƣơng pháp xử lý số liệu ..............................................................38

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..............................................................39
3.1

Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào bằng phƣơng pháp tự phân .............39

3.1.1

Ảnh hƣởng của thời gian tự phân lên hiệu suất phá vỡ tế bào ............39

3.1.2

Ảnh hƣởng của pH lên hiệu suất phá vỡ tế bào ..............................41

3.1.3

Tối ƣu hóa điều kiện phá vỡ tế bào bằng phƣơng pháp tự phân .....42

3.2

Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào bằng phƣơng pháp siêu âm.............47

xii


3.2.1

Ảnh hƣởng của thời gian siêu âm lên hiệu suất phá vỡ tế bào .......47

3.2.2

Ảnh hƣởng của công suất siêu âm lên hiệu suất phá vỡ tế bào ......48

3.2.3

Tối ƣu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng siêu âm ....................49

3.3
kết hợp
3.4

So sánh hiệu suất phá vỡ tế bào bằng phƣơng pháp tự phân, siêu âm và
52
So sánh hàm lƣợng β – glucan thu đƣợc bằng phƣơng pháp tự phân,

siêu âm và kết hợp .................................................................................................54
3.5

So sánh một số thành phần khác trong chế phẩm β – glucan thu đƣợc

bằng phƣơng pháp tự phân, siêu âm và kết hợp ....................................................55
Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................57

4.1

Kết luận ...............................................................................................57

4.2

Đề xuất và kiến nghị............................................................................57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................59
PHỤ LỤC.............................................................................................................65
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .................................................................................76

xiii


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 – glucan .................................................................................. 2
Hình 1.4: Cấu trúc thành tế bào nấm men .............................................................. 3
Hình 1.5: Thực phẩm chức năng có beta-glucan ................................................... 7
Hình 1.6: Cấu tạo tế bào nấm men ....................................................................... 10
Hình 1.7: Mơ hình cấu thành thành tế bào nấm men ........................................... 12
Hình 1.8: Phân loại các phƣơng pháp phá vỡ tế bào............................................ 17
Hình 1.9: Quá trình hình thành và phá vỡ của bọt khí ......................................... 24

Hình 2.1: Máy siêu âm dạng thanh ...................................................................... 28
Hình 2.2: Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................. 29
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình tách β - glucan từ nấm men ........................................ 30

Hình 3.1: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tự phân đến hiệu suất phá vỡ tế
bào nấm men ........................................................................................................ 39
Hình 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH của quá trình tự phân đến hiệu suất
phá vỡ tế bào nấm men ........................................................................................ 41
Hình 3.3: Biểu diễn phƣơng trình hồi quy trên hệ trục khơng gian ba chiều ...... 46
Hình 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất phá vỡ tế
bào nấm men ........................................................................................................ 47
Hình 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của công suất siêu âm đến hiệu suất phá vỡ tế
bào nấm men ........................................................................................................ 48
Hình 3.6: Biểu diễn phƣơng trình hồi quy trên hệ trục khơng gian ba chiều ...... 52
xiv


Hình 3.7: Biểu đồ so sánh hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men bằng các phƣơng pháp
khác nhau.............................................................................................................. 53
Hình 3.8: So sánh hàm lƣợng β – glucan thu đƣợc bằng các phƣơng pháp khác nhau
.............................................................................................................................. 54

xv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly lên hiệu suất thu hồi và độ tinh
sạch của β – glucan [62] ......................................................................................... 5
Bảng 1.2: Bảng phân loại các thành phần trong nấm men [29] ............................. 9
Bảng 1.3: Nguyên lý, mức độ tác động của các phƣơng pháp phá vỡ tế bào ...... 18

Bảng 2.1: Thành phần các chất trong nấm men ................................................... 27

Bảng 3.1: Giá trị tâm và bƣớc nhảy của các yếu tố thí nghiệm ........................... 43

Bảng 3.2: Xây dựng phƣơng trình hồi quy trong tối ƣu hóa ............................... 44
Bảng 3.3: Kết quả các giá trị trong phƣơng trình hồi quy ................................... 45
Bảng 3.4: Giá trị tâm và bƣớc nhảy của các yếu tố thí nghiệm ........................... 49
Bảng 3.5: Xây dựng phƣơng trình hồi quy trong tối ƣu hóa ............................... 50
Bảng 3.6: Kết quả các giá trị trong phƣơng trình hồi quy ................................... 51
Bảng 3.7: Thành phần các chất trong chế phẩm β – glucan ................................ 55

xvi


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 môi 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. Khơng 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 cịn nhiều mới mẻ. Do đó, chúng tôi 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.

xvii


Chƣơng 1: Tổng quan

Luận văn tốt nghiệp

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 - glycoside. Các β - glucan là nhóm các phân tử
đƣờng khử đƣợc phân biệt dựa vào phân tử khối, độ hòa tan, độ nhớt và cấu trúc không
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


Chƣơng 1: Tổng quan

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.3: Phân tử β – 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.
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 – 30nm, luôn gắn với các chuỗi
bên, mỗi chuỗi có đƣờng kính 0.5 – 1nm. 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.

2


Chƣơng 1: Tổng quan

Luận văn tốt nghiệp

1.1.2 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.

Hình 1.4: Cấu trúc thành tế bào nấm men
1.1.3

Các phương pháp thu nhận β - glucan từ nấm men

Beta - 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… [10, 41]. 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 [20, 29, 52].
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 [30].
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 [18, 61]. Nguyên tắc chủ yếu
của phƣơng pháp này chủ yếu dựa trên sự khơng hịa tan của β - glucan trong mơi
trƣờng kiềm [60]. Mục đích chính của q trình trích ly bằng kiềm là hòa tan, thủy phân
protein nội bào, acid nuleic, mannan, glucan hịa 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
[21].

3


Chƣơng 1: Tổng quan

Luận văn tốt nghiệp

Một phƣơng pháp khác đƣợc nghiên cứu gần đây [38, 63] tiến hành thu nhận β glucan bằng cách oxy hóa trực tiếp bằng natri hypochlorite.
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 [36].
Do đó, trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu sử dụng các 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 [62].
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 ô nhiễm môi trƣờng so với phƣơng pháp
truyền thống xử lý bằng kiềm, acid [33].

4


Chƣơng 1: Tổng quan

Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly lên hiệu suất thu hồi và độ tinh
sạch của β – glucan [62]
STT
1

Độ tinh

Hiệu suất

Phƣơng pháp trích

sạch (%) thu hồi (%)
92

10.4

ly
Trích ly bằng kiềm

Tài liệu tham khảo
Xiaozhong, Jie, Baogui và
Wangxiang (2000)

2

55

8.4

Trích ly bằng kiềm –

Saowanee,

acid

Thanaporn,

Manop,
and

Cornel

(2004)
3

4

59

nd

8.4

3.7

Đồng hóa – kiềm –

Saowanee,

acid

Thanaporn và Cornel (2004)

Trích

ly

bằng

natrihypochlorite-

Manop,

Ohno,Miura,Miura, Adachi
và Yadomae (2001)

dimethylsulfoxide
5

nd

22.9

Tự phân – oxy hóa
bằng

Yajun et al. (2003)

natri

hypochlorite
6

7

83 – 85

79

25 – 26

nd

Phân

lập

bằng

Freimund, Sauter, Kappeli

enzyme

và Dulter (2003)

Trích ly bằng kiềm

Sản phẩm thƣơng mại ở

acid

Trung Quốc

Ghi chú: nd nghĩa là không xác định.
1.1.4 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 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, 59].

5


Chƣơng 1: Tổng quan



Luận văn tốt nghiệp

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 [56, 58].
β - glucan còn 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, 59].


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, 59].


β - glucan tác dụng với hệ tim mạch

β - glucan cịn 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

6


Chƣơng 1: Tổng quan

Luận văn tốt nghiệp

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.
1.1.5 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.

Hình 1.5: Thực phẩm chức năng có beta-glucan
1.2 Tổng quan về nấm men
1.2.1 Cấu trúc tế bào nấm men
Nấm men sử dụng trong quá trình sản xuất bia và sản xuất rƣợu đã đƣợc sử dụng từ
lâu, nhƣng vẫn chƣa đƣợc sử dụng hiệu quả trong việc sản xuất ra các sản phẩm có giá

7


Chƣơng 1: Tổng quan

Luận văn tốt nghiệp

trị cao. Mặc dù, thực tế nấm men này chứa các hợp chất có giá trị nhƣ thành tế bào nấm
men có chứa các hợp chất quan trọng [51]. Theo một số nghiên cứu đã đƣợc tiến hành,
ngƣời ta sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae để lên men bia và nấm men này
nhƣ một nguồn vitamin nhóm B, protein… Nấm men khơ Saccharomyces cerevisiae
đƣợc sử dụng có thành phần bao gồm: 43.5% protein, 0.8% lipid, 25% tổng
carbohydrate và 30.7% β - glucan. β - glucan đƣợc tách ra từ thành tế bào nấm men,
chứa 92% β - 1,3/1,6 – D – glucan, 1.2% protein, < 0.6% mannan và < 0.5% chitin,
thành phần khơng hịa tan HP (Biolex® - Beta HP 1,3/1,6 - β - D - Glucane Powder)
[8].
Saccharomyces cerevisiae có hình elip, kích thƣớc đƣờng kính tế bào lớn khoảng 5 –
10µm, nhỏ khoảng từ 1 – 7µm. Nhóm cao phân tử gồm protein, glucoprotein,
polysaccharide, polyphosphate, lipid, nucleic acid.

8