Tuyển chọn chủng nấm men saccharomyces và tối ưu hóa điều kiện lên men thu nhận sinh khối nấm men giàu kẽm

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

LÊ HỒNG QUANG

TUYỂN CHỌN CHỦNG NẤM MEN
SACCHAROMYCES
VÀ TỐI ƯU HOÁ ĐIỀU KIỆN LEN MEN THU
NHẬN
SINH KHỐI NẤM MEN GIÀU KẼM

Ngành:

Công nghệ thực phẩm

Mã số:

8 54 01 01

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Vũ Thị Kim Oanh


NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP – 2016

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực.

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã được
cám ơn và các thơng tin được trích dẫn trong khóa luận này đã được ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2018
Tác giả luận văn

Lê Hồng Quang

ii


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể các thầy cơ giáo Học Viện Nơng
Nghiệp Việt Nam, các thầy cô Khoa Công Nghệ Thực Phẩm đã trang bị cho tôi
những kiến thức cơ bản và cần thiết, là nền tảng quan trọng cho quá trình thực tập
và hồn thành khóa luận này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cơ Vũ Thị Kim Oanh giảng viên Khoa
Công Nghệ Thực Phẩm – Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam đã dành nhiều thời gian
trực tiếp chỉ bảo hướng dẫn tôi thực hiện đề tài này.
Xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh Đạo và các cô, chú, anh, chị cán bộ trong Viện
Công nghiệp thực phẩm. Đặc biệt là các cô, chú, anh, chị Trung tâm Hố sinh cơng
nghiệp và mơi trường – Viện Cơng nghiệp thực phẩm và đề tài “Nghiên cứu ứng dụng
và phát triển công nghệ cấp quốc gia – ĐTĐL.CN-59/15” đã tạo điều kiện thuận lợi để
tôi được tiếp cận, giao lưu học hỏi và tăng cường nhận thức của mình về nghề nghiệp và
hồn thành đề tài này.
Cuối cùng tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người đã động viên giúp đỡ tôi
về tinh thần cũng như vật chất trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này.
Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2018
Tác giả luận văn

Lê Hồng Quang

iii


MỤC LỤC
Lời cam đoan ............................................................................................................... ii
Lời cảm ơn .................................................................................................................. iii
Mục lục ..................................................................................................................... iv
Danh mục viết tắt ........................................................................................................ vi
Danh mục bảng .......................................................................................................... vii
Danh mục hình .......................................................................................................... viii
Trích yếu luận văn ....................................................................................................... ix
Thesis abstract ............................................................................................................. xi
Phần 1. Mở đầu .......................................................................................................... 1
1.1.

Đặt vấn đề...................................................................................................... 1

1.2.

Mục tiêu của đề tài ......................................................................................... 2

1.2.1.

Mục tiêu chung .............................................................................................. 2

1.2.2.

Mục tiêu cụ thể .............................................................................................. 2

Phần 2. Tổng quan tài liệu ......................................................................................... 3
2.1.

Vai trò, nhu cầu của vi chất kẽm .................................................................... 3

2.1.1.

Tầm quan trọng của nguyên tố vi lượng kẽm (Zn) .......................................... 3

2.1.2.

Nhu cầu bổ sung kẽm của cơ thể .................................................................... 5

2.1.3.

Tình hình sử dụng kẽm hiện nay .................................................................... 6

2.1.4.

Phương pháp bổ sung kẽm ............................................................................. 8

2.2.

Nấm men saccharomyces và nguyên tố vi lượng kẽm..................................... 9

2.2.1.

Giới thiệu chung về nấm men Saccharomyces ................................................ 9

2.2.2.

Khả năng hấp thụ kẽm của nấm men ............................................................ 10

2.2.3.

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sinh trưởng của nấm men ...................... 12

2.2.4.

Ảnh hưởng của các điều kiện ni cấy đến q trình chuyển hố, tích
luỹ kẽm ........................................................................................................ 14

Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ......................................................... 16
3.1.

Vật liệu ........................................................................................................ 16

3.1.1.

Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 16

3.1.2.

Hóa chất và vật liệu...................................................................................... 16

3.1.3.

Thiết bị, dụng cụ .......................................................................................... 16

iv

3.2.

Nội dung ...................................................................................................... 17

3.3.

Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 17

3.3.1.

Phương pháp bố trí thí nghiệm ..................................................................... 17

3.3.2.

Phương pháp phân tích ................................................................................. 20

3.3.3.

Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................ 20

Phần 4. Kết quả nghiên cứu ..................................................................................... 21
4.1.

Kết quả tuyển chọn chủng nấm men có khả năng tích lũy kẽm cao ............... 21

4.2.

Kết quả ảnh hưởng nguồn muối kẽm khác nhau đến quá trình lên men

thu nhận sinh khối nấm men giàu kẽm ......................................................... 22

4.3.

Kết quả lựa chọn nguồn dinh dưỡng cho quá lên men...................................... 25

4.3.1.

Kết quả lựa chọn nguồn dinh dưỡng ............................................................. 25

4.3.2.

Kết quả ảnh hưởng của ion kim loại ............................................................. 29

4.4.

Kết quả lựa chọn điều kiện lên men.............................................................. 32

4.4.1.

Kết quả lựa chọn nhiệt độ ............................................................................ 32

4.4.2.

Kết quả lựa chọn pH .................................................................................... 33

4.4.3.

Kết quả lựa chọn chế độ lắc ......................................................................... 35

4.4.4.

Kết quả tối ưu hóa điều kiện lên men ........................................................... 35

Phần 5. Kết luận và kiến nghị .................................................................................. 40
5.1.

Kết luận ....................................................................................................... 40

5.2.

Kiến nghị ..................................................................................................... 40

Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 41
Phụ lục .................................................................................................................... 47

v


DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

AAS
ATP
CNTP
DNA

FAO

Atomic absorption spectroscopy
Adenosine Triphosphate
Deoxyribonucleic acid
Food and Agriculture Organization

Quang phổ hấp thu nguyên tử
Công nghiệp thực phẩm
Axit deoxyribonucleic
Tổ chức Lương thực và Nông
nghiệp Liên Hiệp Quốc

WHO

World Health Organisation

Tổ chức Y tế thế giới

YM

Yeast medium

Môi trường nấm men

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1.

Nhu cầu kẽm đối với những đối tượng khác nhau theo độ tuổi và
giới tính ................................................................................................... 6

Bảng 2.2.

Những protein vận chuyển kẽm tham gia vào quá trình cân bằng nội
bào kẽm ................................................................................................. 11

Bảng 2.3.

Nhu cầu khoáng đối với nấm men .......................................................... 15

Bảng 4.1.

Khả năng sinh trưởng và hàm lượng kẽm trong sinh khối của 15
chủng có khả năng tích lũy kẽm cao ....................................................... 22

Bảng 4.2.

Ảnh hưởng của các loại muối kẽm tới khối lượng sinh khối khô và
hàm lượng kẽm tích lũy .......................................................................... 23

Bảng 4.3.

Ảnh hưởng của các nguồn cacbon tới khối lượng sinh khối khô và
hàm lượng kẽm tích lũy .......................................................................... 26

Bảng 4.4.

Ảnh hưởng của các nguồn nitơ tới khối lượng sinh khối khô và hàm
lượng kẽm tích lũy ................................................................................. 27

Bảng 4.5.

Kết quả ảnh hưởng bổ sung khống chất tới khối lượng sinh khối
khơ và hàm lượng kẽm tích lũy .............................................................. 30

Bảng 4.6.

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khối lượng sinh khối khô và hàm lượng
kẽm tích lũy ........................................................................................... 32

Bảng 4.7.

Ảnh hưởng của pH tới khối lượng sinh khối khơ và hàm lượng kẽm
tích lũy ................................................................................................... 34

Bảng 4.8.

Ảnh hưởng của chế độ lắc tới khối lượng sinh khối khơ và hàm
lượng kẽm tích lũy ................................................................................. 35

Bảng 4.9.

Khối lượng sinh khối khơ và hàm lượng kẽm tích lũy sau lên men ở
các điều kiện khác nhau.......................................................................... 36

vii

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1.

Tình trạng thiếu kẽm hiện nay trên thế giới ................................................ 7

Hình 2.2.

Hình dạng tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae ............................. 10

Hình 2.3.

Sơ đồ vận chuyển kẽm trong tế bào nấm men .......................................... 12

Hình 4.1.

Khả năng tích lũy kẽm trong sinh khối của các chủng nấm men được
sàng lọc ................................................................................................... 21

Hình 4.2.

Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung muối kẽm tới khối lượng sinh khối
khô và hàm lượng kẽm tích lũy ................................................................ 24

Hình 4.3.

Ảnh hưởng bởi nồng độ glucose tới khối lượng sinh khối khô và hàm
lượng kẽm tích lũy ................................................................................... 26

Hình 4.4.

Ảnh hưởng bởi nồng độ cao nấm men tới khối lượng sinh khối khô và
hàm lượng kẽm tích lũy ........................................................................... 28

Hình 4.5.

Thí nghiệm tối ưu hóa quá trình lên men tạo sinh khối nấm men
giàu kẽm .................................................................................................. 37

Hình 4.6.

Kết quả phân tích JMP về hàm lượng kẽm trong sinh khối (A), khối
lượng sinh khối (B) và các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm .......... 37

Hình 4.7.

Điều kiện tối ưu và hiệu xuất dự kiến bởi phần mềm JMP ....................... 39

viii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Lê Hồng Quang
Tên Luận văn: Tuyển chọn chủng nấm men Saccharomyces và tối ưu hoá điều kiện lên
men thu nhận sinh khối nấm men giàu kẽm.
Ngành: Công nghệ thực phẩm

Mã số: 8 54 01 01

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Mục đích nghiên cứu
-

Tuyển chọn chủng nấm men Saccharomyces có khả năng tích luỹ kẽm cao từ bộ
sưu tập giống của Viện Cơng nghiệp thực phẩm.

-

Tối ưu hố điều kiện lên men thu nhận sinh khối nấm men giàu kẽm.

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu: Chỉ tiêu theo dõi: nồng độ Zn2+ được tích lũy trong tế
bào nấm men, sinh khối nấm men trên tất cả các thí nghiệm.
- Thí nghiệm 1: Mơi trường lên men có bổ sung muối Zn(NO3)2 với nồng độ 1g/l,
tỷ lệ tiếp giống 10%. Quá trình lên men thực hiện trong bình tam giác 250ml với thể
tích mơi trường lên men là 100ml. Điều kiện lên men được tiến hành trong máy lắc 150
vòng/phút, ở điều kiện nhiệt độ 28°C trong 72 giờ.
- Thí nghiệm 2: Các loại muối kẽm được khảo sát là: Zn(NO3)2, ZnSO4, ZnCl2. Với
các dải nồng độ: 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 2g/l được bổ sung vào môi trường lên men có:
3g/l cao nấm men, 3g/l dịch chiết man, 5g/l bacto pepton, 10g/l glucose với tỷ lệ tiếp
giống là 10%. Thí nghiệm tiến hành trong mơi trường có pH được hiệu chỉnh về 6,0; lên
men ở 28°C trong 72 giờ, chế độ lắc 150 vịng/phút. Sau đó khảo sát thời điểm bổ sung
muối kẽm tại 0, 9, 18, 27 giờ để xác định điều kiện phù hợp nhất.
- Thí nghiệm 3:
+Các nguồn cacbon khảo sát: Glucose, galactose, frutose, lactose, maltose, sucrose
với nồng độ 10g/l được thêm vào mơi trường có: 3g/l cao nấm men, 3g/l dịch chiết man,
5g/l bacto pepton, 1g/l ZnSO4 với 10% tỷ lệ tiếp giống. Tiếp đó khảo sát nồng độ
cacbon thích hợp ở 10, 50, 100, 150g/l. Quá trình lên men được tiến hành ở 28°C trong
72 giờ, chế độ lắc 150vòng/phút.
+ Nguồn nitơ khảo sát: cao nấm men, tripton, pepton, cao thịt bò, casein, 10g/l mỗi

loại được bổ sung vào mơi trường có: 3g/l dịch chiết man, 10g/l glucose, 1g/l ZnSO4
với tỷ lệ tiếp giống 10%. Tiếp tục khảo sát nồng độ nitơ thích hợp với các mức 5; 10;
15; 20g/l để xác định nồng độ phù hợp. Quá trình lên men được tiến hành ở 28°C trong
72 giờ, chế độ lắc 150vòng/phút.

ix


+ Nguồn ion kim loại khảo sát là: MgSO4 với nồng độ: 0; 0,5; 1,5 g/l; KH2PO4 với
nồng độ: 0; 1; 2; 3; 4; 5 g/l và Fe2(SO4)3 với nồng độ 0; 0,5; 1; 2 g/l được bổ sung vào
môi trường lên men có 1g/l kẽm ZnSO4 và tỷ lệ tiếp giống 10%. Quá trình lên men
được tiến hành ở 28°C trong 72 giờ, chế độ lắc 150vịng/phút.
- Thí nghiệm 4: Sử dụng 100ml mơi trường YM có bổ sung 1 g/l ZnSO4 trong
bình tam giác 250ml. pH của dịch môi trường trước lên men được khảo sát tại: từ 4; 4,5;
5; 5,5; 6; 6,5; 7 hiệu chỉnh bằng dung dịch H2SO4 0,1M hoặc NaOH 0,1M. Các mức
nhiệt độ là 25, 28, 30, 35 oC. Các chế độ lắc khảo sát là: 0, 50, 100, 150, 200 vịng/phút
để tìm ra điều kiện thích hợp nhất.
- Thí nghiệm 5: Sau khi nghiên cứu lựa chọn nguồn dinh dưỡng, thành phần môi
trường, điều kiện lên men phù hợp tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện ni cấy
với 3 yếu tố ảnh hưởng nhiều. Việc thiết kế thí nghiệm và xử lí số liệu cho q trình tối
ưu hóa tạo sinh khối nấm men giàu kẽm được thực hiện bằng phần mềm JMP 10.0.
Phương pháp phân tích: Phân tích hàm lượng kẽm tổng số trong tế bào nấm men
bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ở bước sóng 213,9 nm.
Kết quả chính và kết luận
− Từ 96 chủng nấm men thuộc Saccharomyces, chủng S.cerevisiae CNTP 4087
được sàng lọc có khả năng tích luỹ kẽm cao trong sinh khối đạt 8,91 mg/g sinh khối
khô.
− Nguồn muối kẽm sử dụng cho quá trình lên men là muối ZnSO4 với nồng độ 1g/l
được bổ sung vào thời điểm 9h tính từ lúc bắt đầu quá trình lên men.
− Để tăng khả năng tích lũy kẽm trong sinh khối nấm men các nguồn dinh dưỡng

và thành phần môi trường lên men bao gồm:
+ Nguồn cacbon là đường glucose với nồng độ 100g/l.
+ Nguồn nitơ là cao nấm men với nồng độ 10g/l.
+ Ion kim loại được bổ sung vào môi trường nuôi cấy bao gồm: MgSO4 với nồng
độ 0,5g/l, KH2PO4 với nồng độ 3g/l và Fe2(SO4)3 với nồng độ 0,5g/l.
− Điều kiện lên men gồm: Nhiệt độ lên men là 30oC, pH môi trường là 6,5 và chế
độ lắc là 150 vòng/phút.
− Điều kiện tối ưu quá trình lên men cho hàm lượng kẽm trong sinh khối khô đạt 12
mg/g và lượng sinh khối nấm men thu được là cao nhất bao gồm: Nồng độ kẽm trong môi
trường nuôi cấy: 1,5 g/l, nồng độ glucose: 100 g/l và cao nấm men: 5g/l.

x


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Le Hong Quang
Thesis title: Screening of Saccharomyces yeast strain and optimize fermentation
conditions to receive zinc – enriched yeast biomass
Major: Faculty of food science and technology

Code: 8 54 01 01

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
-

Screening of zinc – enriched Saccharomyces yeast strain with high zinc
accumulates ability from the collection of Food Industry Research Institute.
To optimize fermentation conditions to receive zinc – enriched yeast biomass.

Materials and Methods
Research method: Parameter interested: Zn2+ concentration was accumulated in
the yeast cell and biomass in all experiments.
- Experiment 1: Stock cultures were maintained on YM medium containing (g/l)
Zn(NO3)2 (1), 10% transplanting rate with 100ml culture media in 250ml
erlenmeyer flask and the procedures were allowed to proceed at 28ºC for 72
hours on a rotary shaker at 150 rpm.
- Experiment 2: Zinc sources were investigated: Zn(NO3)2, ZnSO4, ZnCl2 at
concentration of 0; 0.25; 0.5; 0.75; 1; 2g/l were added into fermentation medium
containing (g/l) yeast extract (3), malt extract (3), bacto peptone (5), glucose
(10), 10% transplanting rate. pH of environmental was adjusted to 6.0;
Fermentation medium was shaken on a rotary shaker at 150 rpm and 28°C for
72hours. After that, we investigated time points to added zinc salts at 0, 9, 18, 27
hours so that we determined the best condition.
- Experiment 3:
+ Carbon sources were investigated: Glucose, galactose, fructose, lactose, maltose,
sucrose with concentration at 10 g/l were added to culture media containing
(g/l) yeast extract (3), malt extract (3), bacto peptone (5), ZnSO4 (1), 10%
transplanting rate. Next, we investigated suitable carbon concentration at 10, 50,
100, 150 g/l. The procedures were allowed to proceed at 28ºC for 72 hours in a
rotary shaker at 150 rpm.
+ Nitrogen sources were investigated: yeast extract, tryptone, peptone, beef
extract, casein, with concentration at 10 g/l were added to culture media
containing (g/l) malt extract (3), glucose (10), ZnSO4 (1), 10% transplanting
rate. Then, We investigated suitable nitrogen concentration at 5, 10, 15, 20 g/l.
Fermentation medium was shaken on a rotary shaker at 150 rpm and 28°C for

xi

72hours.
+ Ion metal sources were investigated: MgSO4 with concentration 0; 0.5; 1.5 g/l,
KH2PO4 with concentration 0; 1; 2; 3; 4; 5 g/l and Fe2(SO4)3 with concentration
0; 0.5; 1; 2 g/l. They were added into culture media containing ZnSO4 (1) and
10% transplanting rate. The procedures were allowed to proceed at 28ºC for 72
hours in a rotary shaker at 150 rpm.
- Experiment 4: Using 100ml YM culture media in 250ml erlenmeyer flask
containing 1 g/l ZnSO4, pH of culture media before fermentation was
investigated: 4; 4.5; 5; 5.5; 6; 6.5; 7, adjusted by H2SO4 0,1M or NaOH 0,1M
solution. The range of temperature was investigated: 25, 28, 30, 35 oC. The
investigated shaker modes were: 0, 50, 100, 150, 200 rpm to determine the best
condition.
-

Experiment 5: After the research of selecting nutrition resources, nutritional
ingredients, suitable fermentation conditions, as for the optimization of the culture
conditions, the experiment was arranged based on with 3 factors affect. The
optimal condition was treated by JMP 10.0 statistics software.
Analysis method: Analysing total zinc content in a yeast cell by Atomic
Absorption Spectrophotometric (AAS) at wavelength 213,9 nm.

Main findings and conclusions
- The S.cerevisiae CNTP 4087 strain was selected for its high zinc accumulation in
biomass of 8.91 mg / g dry biomass from 96 yeast strains of Saccharomyces
-

The source of zinc salts used for fermentation was ZnSO4 salt with a
concentration of 1 g / l added at 9 hours from the beginning of fermentation.

-

The source of sources and nutritional ingredients included:
+ Carbon source was glucose at a concentration of 100 g/l.
+ Nitrogen source was yeast extract at a concentration of 10 g/l.
+ Ions metal were added into medium included (g/l): MgSO4 (0.5), KH2PO4 (3),
Fe2(SO4)3 (0.5).

-

The fermentation conditions were determined: the temperature at 30oC, pH of a
medium at 6.5 and shake mode at 150 rpm.

The optimal conditions for fermentation were determined: Zinc concentration in culture
medium: 1.5 g / l, glucose concentration: 100 g / l and yeast: 5 g / l, with zinc content in
dry biomass of 12 mg / g and The biomass obtained was the highest.

xii


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cơ thể người kẽm là một trong những khoáng chất quan trọng nhất,
xuất hiện trong mọi tế bào trong cơ thể với nhiều nhiệm vụ quan trọng. Thiếu
kẽm sẽ làm tổn thương chức năng miễn dịch, làm tăng nguy cơ mắc các bệnh
nhiễm khuẩn. Đặc biệt kẽm đã được chứng minh có vai trò quan trọng trong sự
phát triển chiều cao, cơ bắp và miễn dịch của trẻ những năm đầu đời (Nguyễn
Xuân Ninh, 1999). Kẽm có vai trị sinh học rất quan trọng, tác động chọn lọc lên
quá trình tổng hợp, phân giải axit nucleic và protein – những thành phần quan
trọng nhất của sự sống sống. Vì vậy các cơ quan như hệ cơ quan như hệ thần
kinh trung ương, da, niêm mạc, hệ tiêu hố và hệ tuần hồn rất nhạy cảm với sự

thiếu hụt kẽm (Prasad, 2012).
Trong những năm gần đây tình trạng thiếu kẽm vẫn đang là vấn đề khá
phổ biến trong cộng đồng, khoảng 30% dân số thế giới bị thiếu kẽm và một tỷ lệ
lớn trẻ em dưới 5 tuổi ở các nước đang phát triển bị thiếu kẽm. Các nghiên cứu
chỉ ra rằng, tỷ lệ thiếu kẽm ở trẻ em Việt Nam khá cao: 25 – 40% tuỳ từng địa
phương, nhóm tuổi và khoảng 33% nam giới bị thiếu kẽm. Phụ nữ mang thai và
cho con bú, người cao tuổi cũng nằm trong đối tượng có nguy cơ thiếu kẽm cao
(Nguyễn Thị Lâm, 2012). Chính vì vậy, việc bổ sung kẽm vào chế độ dinh dưỡng
trong cộng đồng là hết sức cần thiết. Tuy nhiên, kẽm không dễ dàng được hấp
thụ vào cơ thể ở dạng tự nhiên mà chúng phải được gắn vào các chất mang khác,
với các hợp chất hữu cơ, amino axit hoặc được đồng hoá trong tế bào vi sinh vật
(Lê Bạch Mai, 2007).
Nấm men từ lâu đã được xem là một trong các đối tượng nghiên cứu chính
của ngành Cơng nghiệp thực phẩm. Nhờ vào khả năng hấp thu và đồng hóa một
số kim loại một trong số đó là nguyên tố vi lượng kẽm để tạo ra dòng sản phẩm
nấm men giàu kẽm sẽ là nguồn thực phẩm chức năng có giá trị dinh dưỡng cao,
đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Tuyển
chọn chủng nấm men Saccharomyces và tối ưu hoá điều kiện lên men thu
nhận sinh khối nấm men giàu kẽm”.

1


1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục tiêu chung
Tuyển chọn chủng nấm men Saccharomyces và tối ưu hoá điều kiện lên
men thu nhận sinh khối nấm men giàu kẽm.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Tuyển chọn chủng nấm men Saccharomyces có khả năng tích luỹ kẽm cao

từ bộ sưu tập giống của Viện Công nghiệp thực phẩm;
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng nguồn muối kẽm và các ion kim loại khác nhau
đến quá trình lên men thu nhận sinh khối nấm men giàu kẽm;
- Nghiên cứu lựa chọn nguồn dinh dưỡng, thành phần môi trường, điều kiện
lên men phù hợp cho quá trình lên men thu nhận sinh khối nấm men giàu kẽm;
- Tối ưu hoá điều kiện lên men thu sinh khối nấm men giàu kẽm.

2


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. VAI TRÒ, NHU CẦU CỦA VI CHẤT KẼM
2.1.1. Tầm quan trọng của nguyên tố vi lượng kẽm (Zn)
- Kẽm (Zn) từ lâu đã được biết đến là một trong những yếu tố quan trọng
đối với con người. Kẽm tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào, tác động đến
hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể. Ngồi ra, kẽm có vai trị quan trọng
trong hệ miễn dịch, trong sự hình thành xương, sự tăng trưởng các mô, sự phát
triển của thai nhi và trẻ nhỏ (Barbarot et al., 2010). Kẽm cũng góp phần khơng
nhỏ vào sự hình thành tinh trùng cũng như quá trình vận động của cơ thể (Henkel
et al., 1999; Henkel et al., 2003). Như vậy, chức năng của kẽm trong cơ thể con
người có thể chia thành 3 nhóm: Vai trị xúc tác, tham gia vào cấu trúc và điều
tiết (Tuerk et al., 2009; Yoshihisa et al., 2012).
+ Trong vai trò xúc tác, kẽm là thành phần của ít nhất 200 loại enzym
khác nhau, đặc biệt có trong hệ thống enzym vận chuyển, thủy phân, đồng
hóa, xúc tác phản ứng gắn kết các chuỗi trong phân tử AND, xúc tác phản ứng
oxy hóa cung cấp năng lượng (Stephan et al., 2004; Park et al., 2009;
Yamaoka et al., 2000).
+ Trong vai trò cấu trúc, kẽm tham gia vào các trình tự mã hố protein
(domains protein) nhất định tạo thành cấu trúc kẽm-protein. Những cấu trúc này
có vai trị quan trọng trong các hoạt động sống của tế bào. Một trong những cấu

trúc kẽm-protein quan trọng được biết đến là protein Zac1 có chức năng như là
một gen ức chế những khối u tiềm ẩn (Tsuda et al., 2004). Ngoài ra, gen Zac1
còn được biết đến như là một gen điều hồ (Tseng, 1998). Bên cạnh đó,
Basonuclin lại là một cấu trúc protein-kẽm khác được tìm thấy trong các biểu
mơ khác nhau ở lớp biểu bì, ở thực quản, giác mạc, tinh trùng, nỗn, đây là
protein đóng vai trị trong quá trình sinh sản của tế bào thể hiện rõ ở sự hình
thành tinh trùng, tế bào trứng và cả sự hình thành và phát triển ban đầu của phơi
thai (Mahoney et al., 1998).
+ Trong vai trò điều tiết, kẽm rất cần thiết cho một số quá trình sinh học
như là điều chỉnh gen (Yoshihisa et al., 2012). Ví dụ như MMP-19 là một trong
những thành viên của nhóm enzym phân giải protein phụ thuộc vào kẽm và

3


nhóm enzym này tác động trực tiếp đến sự phát triển của các khối u (Impola et
al., 2003).
-

Thông qua 3 vai trị kể trên, kẽm có vai trị quan trọng trong hoạt động
sống của hầu kết các cơ quan ở cơ thể con người như là:

+ Kẽm có vai trị điều hịa chuyển hóa lipit và ngăn ngừa mỡ hóa gan;
+ Kẽm tham gia vào chức năng tạo máu. Vai trị của kẽm trong cơ thể khơng
kém vai trị của sắt;
+ Kẽm cần thiết cho sự biệt hóa tế bào và sự ổn định màng;
+ Kẽm ảnh hưởng đến tốc độ hấp thu các axit amin. Kẽm cần thiết cho tổng
hợp tryptophan;
+ Ảnh hưởng của kẽm đối với hoạt động các hocmon tuyến yên, thượng
thận và thận đã được thừa nhận. Theo Scott và Fisher, tác dụng giảm đường

huyết của insulin phụ thuộc vào kẽm có trong insulin;
+ Kẽm có vai trị trong hệ miễn dịch. Nó kích thích sự phát triển và biệt hóa
tế bào lympho. Nó đẩy mạnh sự xuất tiết các cytokin (nhất là interleukin 2) để
đáp ứng lại các kích thích kháng ngun.
-

Ngồi ra, các cơng trình nghiên cứu cịn cho thấy kẽm có vai trị làm giảm

độc tính của các kim loại độc như nhơm (Al), asen (As), cadimi (Cd)... góp phần
vào q trình giảm lão hóa, thơng qua việc ức chế sự ơxy hóa và ổn định màng tế
bào. Khả năng miễn dịch của cơ thể được tăng cường nhờ kẽm, bởi nó hoạt hóa
hệ thống này thơng qua cơ chế kích thích các đại thực bào, tăng các limpho T. Vì
vậy, khi thiếu kẽm, nguy cơ nhiễm khuẩn ở bệnh nhân sẽ tăng lên.
-

Vai trò của kẽm cực kỳ quan trọng tương đương với vai trò của sắt đối với

cơ thể đặc biệt là đối với trẻ em. Từ năm 2004, Tổ chức Y tế Thế giới đã khuyến
cáo sử dụng kẽm trong điều trị tiêu chảy cấp ở trẻ em. Nhiều nghiên cứu khoa
học đã chứng minh bổ sung kẽm cho trẻ suy dinh dưỡng, trẻ tiêu chảy đã rút
ngắn số ngày bị bệnh, giảm số lần tiêu chảy, cải thiện tình trạng suy dinh dưỡng
của trẻ. Kẽm là một chất xúc tác khơng thể thiếu được của ARN- polymerase có
vai trị quan trọng trong nhân bản ADN và tổng hợp protein, kẽm tham gia điều
hoà và tổng hợp hocmon tăng trưởng, kích thích sự tăng trưởng của trẻ. Cho đến
nay, đã có nhiều nghiên cứu về tác dụng của bổ sung kẽm đối với tăng trưởng
của trẻ em, đặc biệt là cải thiện chiều cao của những trẻ thấp còi.

4

2.1.2. Nhu cầu bổ sung kẽm của cơ thể
Ở người trưởng thành, cơ thể chứa khoảng 2g kẽm, trong đó có 20% nằm
ở da và ở tóc (Anavekar et al., 2007). Kẽm được dung nạp vào cơ thể con người
chủ yếu qua đường tiêu hoá. Phần lớn kẽm được hấp thụ ở ruột non, chủ yếu tại
tá và hỗng tràng, một ít tại hồi tràng (Bagherani et al., 2011). Chính axit dạ dày
làm tăng cường khả năng hấp thu kẽm trong hệ tiêu hoá. Trong điều kiện chuẩn,
nồng độ kẽm tối đa đạt được sau 2-3 giờ kẽm đưa vào cơ thể (Stephan et al.,
2004).
Chúng ta đều cần phải bổ sung một lượng kẽm nhất định hàng ngày. Đối
với trẻ em, kẽm cần thiết cho sự phát triển, đối với người trưởng thành, kẽm đảm
bảo cho quá trình duy trì sức khỏe. Nhưng với mỗi đối tượng khác nhau tùy vào
độ tuổi và trạng thái sinh lý thì nhu cầu kẽm hàng ngày hoàn toàn khác nhau.
Kể từ những năm 1990, Tổ chức Lương thực thế giới (WHO), Tổ chức
Lương thực và Nông nghiệp, Hiệp hội Thực phẩm và Dinh dưỡng (FNB) đã triệu
tập các chuyên gia để nghiên cứu, ước tính về nhu cầu kẽm của con người ở các
nhóm tuổi khác nhau (WHO, 2002; Press National Academy, 2002). Các phương
pháp ước tính yêu cầu về lượng kẽm trung bình được xác định sau khi đã ước
tính cả lượng kẽm đã bị mất khi đi qua đường ruột. Đối với trẻ em đang lớn và
phụ nữ mang thai, lượng kẽm nhu cầu được tính bao gồm cả lượng kẽm tích luỹ
ở các mơ. Đối với phụ nữ cho con bú lượng kẽm cần bổ sung được tính cả lượng
kẽm tiết ra trong sữa. Kết quả nghiên cứu điều tra cho thấy với mỗi cá thể thì khả
năng hấp thụ kẽm là khác nhau. Theo tính tốn thì có khoảng 25-33% lượng kẽm
đưa vào được hấp thu, lượng kẽm còn lại bị thất thoát trong đường tiêu hoá hoặc
bị thải ra ngoài (Brown et al., 2001). Nhu cầu bổ sung kẽm theo đường tiêu hố
được ước tính và đưa ra trong bảng 2.1 (Roohani et al., 2013).
Trên thực tế trẻ em vẫn là nhóm đối tượng có nguy cơ cao bị thiếu hụt
kẽm trong quá trình phát triển. Trẻ em được bú sữa mẹ hồn tồn có đủ lượng
kẽm cho cơ thể trong thời gian từ 5-6 tháng đầu đời (Brown et al., 2004), sau đó
tuỳ theo nhu cầu của từng lứa tuổi cần có chế độ dinh dưỡng và biện pháp bổ
sung kẽm phù hợp. Riêng đối với trẻ em suy dinh dưỡng, nhu cầu kẽm cần bổ

sung cao hơn so với trẻ phát triển bình thường, nó được ước tính là từ 2-4mg/kg
thể trọng (Muller et al., 2001).

5


Bảng 2.1. Nhu cầu kẽm đối với những đối tượng khác nhau theo độ tuổi
và giới tính
STT

Nhóm đối tượng

Cân nặng

u cầu thực

Yêu cầu kẽm

trung bình
(kg)

tế của cơ thể
(mg/ngày)

cần bổ sung
(mg/ngày)

1

Trẻ em từ 6-12 tháng

9

0,84

2,8-3,4

2
3

Trẻ em từ 1-3 tuổi
Trẻ em từ 3-10 tuổi

13
22

0,74
1,20

2,5-3,0
4-4,8

4

Trẻ em từ 10-15tuổi
Thiếu niên từ 15-18 tuổi –
Nữ giới
Thiếu niên từ 15-18 tuổi –
Nam giới
Phụ nữ mang bầu

Phụ nữ cho con bú

40

2,12

7,1-8,5

57

3,02

10,1-12,1

64

3,37

11,2-13,5

-

4,1
3,8

13,6-16,4
12,6-15,2

5
6

7
8

Nguồn: Roohani et al. (2013)

Đối với phụ nữ mang thai và cho con bú thì hàm lượng kẽm cần bổ sung
tăng vọt. Chính vì vậy, bên cạnh việc bổ sung đầy đủ dinh dưỡng thì giai đoạn
này cũng cần đặc biệt quan tâm tới việc bổ sung các chất vi lượng cần thiết đặc
biệt là sắt và kẽm (King, 2000; Obrien et al., 2000).
2.1.3. Tình hình sử dụng kẽm hiện nay
Thiếu kẽm sẽ gây ra những ảnh hưởng đến sức khỏe như mất cân bằng
lượng đường trong máu, tỷ lệ trao đổi chất chậm, quá trình phân chia tế bào và
tổng hợp DNA cũng sẽ bị thay đổi (Henkel et al., 2003). Quá trình cơ thể thiếu
kẽm lâu ngày sẽ dẫn đến tổn thương chức năng miễn dịch, làm tăng nguy cơ mắc
các bệnh nhiễm khuẩn, nhiễm virus từ đó làm giảm tăng trưởng, phát triển của
trẻ, làm tăng nguy cơ bị suy dinh dưỡng (Mocchegiani et al., 2005; Coelho et al.,
2006; Kuramoto et al., 1991).
Những biểu hiện thường gặp khi trẻ bị thiếu kẽm: Trẻ thường biếng ăn, rối
loạn giấc ngủ: ngủ khơng ngon giấc, khóc đêm, hay bị mắc các bệnh nhiễm trùng
đường hô hấp và tiêu hoá, chậm phát triển chiều cao...

6


Hình 2.1. Tình trạng thiếu kẽm hiện nay trên thế giới
Nguồn: Andrew Green (2013)

Báo cáo đánh giá sự thiếu hụt kẽm ở Trung Quốc và Ấn độ đã cảnh báo,
vấn đề thiếu kẽm đang là một vấn đề trên toàn cầu. Theo thống kê của nhóm tác
giả cho thấy: 2 tỷ người trên toàn thế giới bị thiếu kẽm; 1,5 triệu trẻ em chết mỗi

năm vì tiêu chảy; 800.000 người trong đó có 450000 trẻ em có nguy cơ tử vong
mỗi năm do thiếu kẽm (Andrew Green, 2013).
Người ta ước tı́nh rằ ng 35% tử vong ở trẻ em có thể gây ra do suy dinh
dưỡng – làm tăng nguy cơ và mức độ nặng của những bệnh nhiễm trùng như
bệnh tiêu chảy, viêm phổ i và số t rét. Thiế u hu ̣t kem
̃ là một thành phầ n phổ biế n
của suy dinh dưỡng và có liên hệ với ngưng phát triể n chiề u cao, và tı̉ lệ nhiễm
trùng đường hô hấ p dưới và tiêu chảy cao, đặc biệt ở trẻ dưới 5 tuổ i. Trên toàn
cầ u, sư ̣ thiế u hu ̣t kem
̃ chiụ trách nhiệm cho khoảng 176000 ca tử vong liên quan
đế n bệnh tiêu chảy, và 406000 ca tử vong liên quan đế n viêm phổ i ở trẻ dưới năm
tuổ i, cũng như khoảng 4% gánh nặng tử vong và bệnh tật toàn cầ u ở trẻ nhỏ
(Hess et al., 2009; Fischer walker et al., 2010).
Tại Việt Nam, một nghiên cứu trên học sinh (11-17 tuổi) tại vùng nông
thôn tỉnh Hà Nam, kết quả cho thấy có khoảng 26,5% trẻ có mức Kẽm huyết
thanh thấp. Nhiều nghiên cứu trên trẻ em bị suy dinh dưỡng và tiêu chảy kéo dài
vào viện tại Hà Nội và Tp. Hồ Chí Minh cho thấy tỷ lệ thiếu kẽm huyết thanh
còn rất cao, vào khoảng 50%-90% tùy theo mức độ. Điều tra về tình hình thiếu vi
chất năm 2010 trên 586 trẻ 6 tháng đến 75 tháng tại Việt Nam, kết quả cũng cho

7


thấy tỷ lệ thiếu kẽm là 51,9%. Nhóm trẻ nhỏ nhất (6-17 tháng) có nguy cơ bị
thiếu kẽm cao nhất khi so sánh với các nhóm tuổi khác (Cao Thị Thu Hương và
cs., 2004).
Kết quả từ cuộc điều tra dinh dưỡng quốc gia năm 2010 cho thấy tỷ lệ
thiếu máu dinh dưỡng ở trẻ em dưới 5 tuổi là 29%, tỷ lệ thiếu vitamin A tiền lâm
sàng là 14% và 51% trẻ thiếu kẽm (Khuất Thị Tuyết Tường và cs., 2013).
Việt Nam có dân số khoảng 90 triệu người và ước tính trong số đó có

khoảng 7,1 triệu trẻ em ở độ tuổi dưới 5 tuổi. Điều đáng lo lắng hiện nay là
nghiên cứu của Viện Dinh dưỡng Quốc gia năm 2012 cho thấy chế độ ăn điển
hình của trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ không cung cấp đủ năng lượng, chất dinh dưỡng
và vi chất dinh dưỡng cho trẻ em để có sự tăng trưởng và phát triển tối ưu (Khuất
Thị Tuyết Tường và cs., 2013).
Lê Danh Tuyên (2014) - Viện trưởng Viện Dinh dưỡng phân tích, việc
thiếu vi chất dinh dưỡng có ảnh hưởng khơng tốt đến sự tăng trưởng và phát
triển ở trẻ em. Ở Việt Nam, tỷ lệ suy dinh dưỡng thể thấp còi ở trẻ em dưới 5
tuổi là gần 26%. Như vậy, cứ 4 bé thì có hơn một bé bị suy dinh dưỡng thấp
cịi, do vậy trẻ khơng thể đạt mức phát triển tối đa. Theo Lê Danh Tuyên
(2014), kẽm ảnh hưởng rất rõ đến sự phát triển chiều cao của trẻ. Tỷ lệ trẻ em
Việt Nam thiếu dinh dưỡng dẫn tới việc thấp hơn so với lứa tuổi còn ở mức rất
cao, chính vì vậy, việc bổ sung thêm kẽm cũng là một giải pháp để hỗ trợ tăng
thêm chiều cao của trẻ em.
2.1.4. Phương pháp bổ sung kẽm
Đa dạng hóa khẩu phần dinh dưỡng: Đa dạng hoá bữa ăn là sự kết hợp các
loại thực phẩm khác nhau làm cho bữa ăn cân đối hơn về giá trị dinh dưỡng, vi
chất dinh dưỡng, đồng thời làm tăng hấp thu các chất dinh dưỡng. Trong một số
giai đoạn sinh lý của cơ thể (trẻ em trong giai đoạn đang phát triển, phụ nữ có
thai) nhu cầu của một số vi chất dinh dưỡng như kẽm, sắt, iốt và kể cả vitamin A
là rất cao, và không thể được đáp ứng chỉ bằng khẩu phần ăn từ các thực phẩm tự
nhiên sẵn có, bắt buộc phải đưa thêm qua đường bổ sung bằng đường uống hoặc
đưa vi chất vào thực phẩm. Để bổ sung thêm kẽm cho cơ thể dưới dạng các thực
phẩm ta có thể lựa chọn một số loại thực phẩm có hàm lượng kẽm cao như: sị
huyết, ngao, hàu, thịt đỏ, ngũ cốc,…

8


Bổ sung vi chất dinh dưỡng: Đây là giải pháp bổ sung kẽm dưới dạng

dược phẩm hoặc thực phẩm chức năng. Bổ sung vi chất dinh dưỡng là biện pháp
có hiệu quả khắc phục nhanh chóng tình trạng thiếu các vi chất dinh dưỡng đang
lưu hành cũng như dự phòng cho các quần thể dân cư có nguy cơ cao. Kẽm có
thể được bổ sung dạng viên uống kẽm vơ cơ hoặc kẽm gluconat.
2.2. NẤM MEN SACCHAROMYCES VÀ NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG KẼM
2.2.1. Giới thiệu chung về nấm men Saccharomyces
Nấm

men

Saccharomyces

thuộc

họ

Saccharomycetaceae,

lớp

Ascomycetes, ngành nấm. Là vi sinh vật có cấu tạo đơn bào, khơng di động, có
khả năng sinh sản nhanh, sinh sản chủ yếu bằng phương pháp nảy chồi. Sinh khối
của chúng rất giàu protein, vitamin và lipit. Tế bào nấm men thuộc loại
Eukaryota (nhân thật), có khả năng hơ hấp yếm khí tuỳ tiện.
Chúng phân bố rất rộng rãi trong thiên nhiên nhất là trong đất, có thể nói
đất là môi trường tự nhiên để giữ giống nấm men và đặc biệt là trên bề mặt của
rất nhiều loại lá cây, các loại quả hay các loại cây lương thực thực phẩm khác.
Nấm men có khả năng lên men các loại đường để tạo thành rượu trong
điều kiện yếm khí, cịn trong điều kiện hiếu khí thì chúng tạo thành sinh khối tế
bào. Vì thế, nấm men được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm để

sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men, sản xuất men bánh mì, sản xuất
protein sinh khối, tạo hương nước chấm, sản xuất chất béo,… (Lê Văn Việt Mẫn
và cs., 2006; Lao Thị Nga, 1987; Lương Đức Phẩm, 2009; Đặng Trung Trụ,
2001).
Đa số nấm men Saccharomyces có hình ovan, hình bầu dục, hình trịn.
Nấm men có hình trịn, hình trứng như Saccharomyces cerevisiae, hình elip như
Saccharomyces ellipsoideus, hình quả chanh như Saccharomyces apiculatus, đơi
khi có hình chai như Saccharomyces ludwigii.
So với các vi sinh vật khác (đối với vi khuẩn chẳng hạn), nấm men có kích
thước tương đối lớn. Một số nấm men được sử dụng trong cơng nghệ thực phẩm
thường có kớch thc khong 3 5 ì 5 10àm (Đặng Trung Trụ, 2001). Kích
thước này cũng thay đổi nhiều tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường sống,…
Tế bào nấm men trong tự nhiên có thể đứng riêng lẻ hoặc sau khi nảy chồi
vẫn dính vào nhau tạo thành chuỗi.

9


Hình 2.2. Hình dạng tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae
Hiện nay trong công nghệ thực phẩm đang sử dụng hai loại nấm men bia,
đó là nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae) và nấm men chìm
(Saccharomyces carlbergensis), là tế bào hình cầu hay hình trứng, có kích thước
2,5-10 µm chiều rộng và 4,5-21 µm chiều dài.
2.2.2. Khả năng hấp thụ kẽm của nấm men
Cơ chế vận chuyển kẽm vào tế bào nấm men
Ion kẽm khi tồn tại trong dung dịch là một ion có điện tích cao, khơng thể
vận chuyển qua màng sinh học (màng tế bào) bằng sự khuếch tán thụ động và do
đó chúng phải được vận chuyển bởi các protein vận chuyển (Guerinot et al.,
1999). Nấm men S.cerevisiae được chứng minh có một lượng lớn gen có chức
năng vận chuyển ion kim loại. Nồng độ kẽm được duy trì cân bằng nội mơi thơng

qua hoạt động điều hịa các protein vận chuyển được tìm thấy trên màng các bào
quan và màng tế bào. Q trình điều hịa này được tiến hành trung gian qua cả 2
cấp độ phiên mã và sau dịch mã để đáp ứng với những thay đổi về nồng độ kẽm
trong tế bào (Eide, 2003). Hệ thống phiên mã hoạt động ở mức kẽm nội bào vừa
phải, giữa 0,01 và 0,07 nmol Zn/triệu tế bào, và mức sau dịch mã hoạt động khi
mức kẽm nội bào ở trên 0,07 nmol Zn/triệu tế bào (Zhao et al., 1998; Gitan et al.,
1998). Ở giai đoạn phiên mã, ít nhất 3 hệ thống hấp thu được biết đến để kiểm
sốt sự hấp thụ kẽm trong đó bao gồm:
- Hệ thống có ái lực cao (Kd = 10 nmol/l) hoạt động trong các tế bào có
nhu cầu về kẽm hạn chế. Hệ thống ái lực này sử dụng protein vận chuyển là Zrt1
(Zhao et al., 1996a).

10


- Hệ thống có ái lực thấp hơn (Kd = 100 nmol/l) hoạt động trong các tế bào
có khả năng sử dụng kẽm lớn. Hệ thống ái lực này sử dụng protein vận chuyển là
Zrt2 (Zhao et al., 1996b).
- Hệ thống protein vận chuyển Fet4
Trong những hệ thống vận chuyển kẽm này có 2 hệ thống đầu hoạt động
theo ái lực đối với kẽm thì hoạt động rất nghiêm ngặt chỉ tham gia vào q trình
hấp thụ kẽm và khơng tham gia vào quá trình hấp thụ các kim loại khác. Mỗi
protein vận chuyển sẽ hoạt động cho 1 trong 2 hệ thống: Zrt1 chỉ cho hệ thống ái
lực cao và Zrt2 chỉ cho hệ thống ái lực thấp (Eide, 2003). Cịn đối với hệ thống
thứ ba, protein Fet4 khơng chỉ tham gia và sự hấp thụ kẽm mà còn tham gia vào
sự hấp thụ sắt và đồng (Waters et al., 2002).
Protein Zrt1, Zrt2 và Fet4 thuộc họ ZIP (ZIP lấy tên từ những chữ cái đầu
tiên được viết tắt Zinc Iron-regulated transporter Protein). ZRT1 và ZRT2 là các
gen mã hóa cho Zrt1 và Zrt2, tương ứng như vậy FET4 mã hóa cho Fet4. Các
protein vận chuyển ion kẽm được tổng hợp trong bảng 2.2.

Bảng 2.2. Những protein vận chuyển kẽm tham gia vào quá trình cân bằng
nội bào kẽm

1

Protein
vận chuyển
Zrt1

Màng sinh chất

ZIP

Tình trạng kẽm
trong tế bào
Cạn kiệt

2

Zrt2

Màng sinh chất

ZIP

Dư thừa

3

Fet4

Màng sinh chất

4

Zrt3

Khơng bào

ZIP

5

Zrcl

Khơng bào

CDF

6

Cotl

7
8

Msc2
Zip7

STT

Vị trí

Thuộc họ

CDF
Mạng lưới nội chất
Bộ máy Golgi

CDF
ZIP

Bình thường
Từ trạng thái dư thừa sang
cạn kiệt
Từ trạng thái cạn kiệt
chuyển sang dư thừa
Từ trạng thái cạn kiệt
chuyển sang dư thừa
Trạng thái bình thường
Trạng thái cạn kiệt

Nguồn: Satyanarayana et al. (2009)

Cơ chế vận chuyển và tích lũy ion kẽm trong nội bào, tế bào nấm men
được mô tả trong hình 2.3. Khi kẽm được đưa vào tế bào, kim loại này được sử
dụng cho các chức năng trao đổi chất trong tế bào chất và trong một số bào quan

11

bao gồm ti thể và lưới nội chất. Nếu kẽm vượt quá các yêu cầu cần thiết của tế
bào nấm men, một số cơ chế có thể được kích hoạt để lưu trữ kẽm cho đến khi nó
có thể được u cầu. Khơng bào men được biết có chức năng tích lũy một số
cation hóa trị hai, chẳng hạn như Zn2+, Ca2+, Fe2+… và các các cation hoá trị một
như là: K+, Li+, Cs+ (White et al., 1987).

Hình 2.3. Sơ đồ vận chuyển kẽm trong tế bào nấm men
Nguồn: Li et al. (1998); Miyable et al. (2001); Macdiarmid et al. (2002); Huang et al.
(2005).

Sự vận chuyển kẽm vào không bào được kiểm soát bởi 3 protein vận
chuyển: Zrc1, Cot1, Zrt3. Trong khi vai trị của Zrc1 và Cot1 ngăn khơng cho
đưa kẽm vào bởi endocystosis, thì Zrt3 có vai trị huy động kẽm tại các “kho”
tích trữ kẽm ở khơng bào khi tế bào tiếp xúc với điều kiện hạn chế kẽm (Li et
al., 1998; Miyable et al., 2001; Huang et al., 2005). Một protein vận chuyển
thứ tư được biết đến là Msc2 có ảnh hưởng đến sự cân bằng kẽm nội bào (Li
and Kaplan, 2001), nó phân bố ở mạng lưới nội chất và có chức năng điều hồ
việc cung cấp kẽm cho chính mạng lưới nội chất này (Ellis, 2004). Ngồi ra
cịn có protein vận chuyển Zip7 có vai trò vận chuyển kẽm từ tế bào chất tới
bộ máy Golgi khi tế bào nấm men được nuôi trong môi trường cạn kiệt kẽm
(Huang, 2005).
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sinh trưởng của nấm men
2.2.3.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống vi sinh vật. Mỗi loài vi sinh

12