Tài liệu Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ vi sinh để sản xuất một số chế phẩm sinh học dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm

B.KH & CN VCNTP B.KH & CN VCNTP Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖn C«ng nghiÖp Thùc phÈm 301 NguyÔn Tr·i, Thanh Xu©n, Hµ Néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh c«ng nghÖ vi sinh ®Ó s¶n xuÊt mét sè chÕ phÈm sinh häc dïng trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn thùc phÈm TS. NguyÔn ThÞ Hoµi Tr©m 5748 05/4/2006 Hµ Néi, 1/2006 B¶n quyÒn 2006 thuéc ViÖn C«ng nghiÖp Thùc phÈm §¬n xin sao chÐp toµn bé hoÆc tõng phÇn tµi liÖu nµy ph¶i göi ®Õn ViÖn tr−ëng ViÖn C«ng nghiÖp Thùc phÈm, trõ tr−êng hîp sö dông víi môc ®Ých nghiªn cøu. Danh s¸ch nh÷ng ng−êi tham gia thùc hiÖn ®Ò tµI TT 1 Hä vµ tªn C¬ quan c«ng t¸c Chñ nhiÖm ®Ò tµi TS. NguyÔn ThÞ Hoµi Tr©m Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh ViÖn C«ng nghiÖp thùc phÈm ViÖn CNTP 2 TS. TrÞnh ThÞ Kim V©n 3 ThS. Lª ThÞ Mai H−¬ng ViÖn CNTP 4 ThS. §ç ThÞ Thuû Lª ViÖn CNTP 5 ThS. §ç ThÞ Thanh HuyÒn ViÖn CNTP 6 KS. Ph¹m §øc Toµn ViÖn CNTP 7 Cö nh©n NguyÔn Thanh Hµ ViÖn CNTP 8 KS. Chu Th¾ng ViÖn CNTP 9 KS. Bïi ThÞ Hång Ph−¬ng ViÖn CNTP 10 ThS. Ph¹m ThÞ Thu ViÖn CNTP 11 ThS. TrÇn Minh Hµ ViÖn CNTP 12 ThS. §µo ThÞ Nguyªn ViÖn CNTP 13 ThS. Tr−¬ng H−¬ng Lan ViÖn CNTP 14 Cö nh©n §ç ThÞ Lan H−¬ng ViÖn CNTP 15 Cö nh©n Lª V¨n Träng ViÖn CNTP Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh 16 TS. NguyÔn La Anh ViÖn CNTP 17 KS. §Æng Thu H−¬ng ViÖn CNTP 18 KS. Lª V¨n Th¾ng ViÖn CNTP 19 ThS. NguyÔn ThÞ Léc ViÖn CNTP 20 ThS. Ng« M¹nh TiÕn ViÖn CNTP 21 Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh ViÖn C«ng nghÖ Sinh häc vµ C«ng PGS. TS. Ph¹m Thu Thuû nghÖ thùc phÈm, Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi 22 TS. Qu¶n Lª Hµ ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 23 ThS. V−¬ng NguyÖt Minh ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 24 Cö nh©n L· ThÞ Quúnh Nh− ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 25 ThS. Lª Lan Chi ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 26 ThS. Phïng ThÞ Thñy ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 27 KS. TrÇn Xu©n DiÖu ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 28 Cö nh©n Ph¹m ThÞ Quúnh ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh ViÖn C«ng nghÖ sinh häc, 29 TS. Ph¹m Thuý Hång 30 PGS.TS. Tr−¬ng Nam H¶i ViÖn CNSH, VKH &CNVN 31 CN. TrÇn ThÞ H−êng ViÖn CNSH, VKH &CNVN 32 CN. NguyÔn Thanh Thuû ViÖn CNSH, VKH &CNVN 33 ThS. §ç ThÞ HuyÒn ViÖn CNSH, VKH &CNVN 34 ThS. NguyÔn ThÞ Trung ViÖn CNSH, VKH &CNVN 35 ThS. TrÇn Ngäc T©n ViÖn CNSH, VKH &CNVN 36 CN. §Æng TrÇn Hoµng ViÖn CNSH, VKH &CNVN 37 CN. NguyÔn Hång Thanh ViÖn CNSH, VKH &CNVN 38 KS. NguyÔn ThÞ Kim Hoa C«ng ty Cæ phÇn B¸nh kÑo H¶i Hµ 39 ThS. TrÞnh Sü 40 KS. §ç Huy Toµn ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ VN C«ng ty Cæ phÇn Trµng An C«ng ty Cæ phÇn B¸nh kÑo H÷u NghÞ BµI tãm t¾t VÊn ®Ò ®¶m b¶o chÊt l−îng vµ vÖ sinh an toµn c¸c s¶n phÈm thùc phÈm hiÖn nay ®ang ®−îc Nhµ n−íc ViÖt Nam ®Æc biÖt quan t©m. Xu h−íng sö dông c¸c thùc phÈm cã nguån gèc thiªn nhiªn, an toµn, kh«ng ®éc h¹i, cã lîi cho søc khoÎ c¶ vÒ gi¸ trÞ dinh d−ìng vµ chøc n¨ng phßng chèng bÖnh tËt ®−îc c¶ thÕ giíi quan t©m. §Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp Nhµ n−íc KC - 04 - 27 ®· thùc hiÖn nh÷ng nghiªn cøu, s¶n xuÊt thùc nghiÖm vµ øng dông mét sè s¶n phÈm tõ vi sinh vËt nh− chÊt mµu β-caroten, chÊt nhò t−¬ng vµ ho¹t ®éng bÒ mÆt glycolipit Mannosylerythritol lipids (MELs), dÉn xuÊt cña axÝt amin S-adenosyl L-methionine (SAM) trong chÕ biÕn mét sè s¶n phÈm thùc phÈm. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, ®Ò tµi ®· sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu th«ng dông trong lÜnh vùc c«ng nghÖ vi sinh, lªn men, chÕ biÕn thùc phÈm. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch vi sinh vËt, ho¸ lý, s¾c ký ®· ®−îc thùc hiÖn trªn c¸c thiÕt bÞ th«ng dông vµ hiÖn ®¹i nh− s¾c ký láng cao ¸p, s¾c ký cét tinh s¹ch protein, quang phæ hÊp thô nguyªn tö …®Ó ®¶m b¶o c¸c sè liÖu nghiªn cøu lµ chÝnh x¸c vµ ®¸ng tin cËy. Ph−¬ng ph¸p xö lý gièng vi sinh vËt b»ng ho¸ chÊt ®ét biÕn ®· ®−îc thö nghiÖm ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng tæng hîp β-caroten cña chñng nÊm sîi Blakeslea trispora. C¸c thiÕt bÞ nu«i cÊy vi sinh vËt theo ph−¬ng ph¸p ch×m, hiÕu khÝ ®· ®−îc sö dông cã hiÖu qu¶ ë quy m« phßng thÝ nghiÖm nh− c¸c lo¹i m¸y l¾c, b×nh lªn men 14 lÝt vµ quy m« x−ëng thùc nghiÖm nh− hÖ thèng thïng lªn men 80, 500 vµ 1500 lÝt. §Ò tµi ®· kh¶o s¸t, lùa chän, sö dông c¸c biÖn ph¸p c«ng nghÖ, c¸c thiÕt bÞ vµ chÕ ®é lªn men phï hîp ®Ó n©ng cao ho¹t tÝnh 3 chñng nÊm sîi Blakeslea trispora tæng hîp β-caroten ®¹t tõ 2580-4930 mg/L, 2 chñng nÊm men Pseudozyma antarctica vµ P. aphidis sinh chuyÓn ho¸ tæng hîp MELs ®¹t 80-130 g/L vµ 3 chñng nÊm men Saccharomyces cerevisiae vµ S. carlbergensis tæng hîp SAM ®¹t 10-18,5% so víi sinh khèi kh«. C¸c kÕt qu¶ nµy ®· b»ng vµ v−ît c¸c sè liÖu nghiªn cøu ®· ®−îc c«ng bè trªn thÕ giíi trong c¸c ®iÒu kiÖn nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt t−¬ng tù. C¸c ph−¬ng ph¸p t¸ch chiÕt, tinh s¹ch, ph©n tÝch ®· ®−îc nghiªn cøu lùa chän ®Ó øng dông trong phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm ®Ó t¹o c¸c s¶n phÈm vµ b¸n s¶n phÈm β-caroten MELs, SAM ®¹t c¸c chØ tiªu vÒ thµnh phÇn chÊt l−îng vµ vÖ sinh an toµn thùc phÈm. LÇn ®Çu tiªn, ®Ò tµi ®· nghiªn cøu vµ øng dông thµnh c«ng c«ng nghÖ vi nang ho¸ sö dông ph−¬ng ph¸p nhò ho¸-sÊy phun ®Ó t¹o ®−îc bét mµu β-caroten tan trong n−íc tõ nguyªn liÖu β-caroten tan trong dÇu s¶n xuÊt theo quy tr×nh c«ng nghÖ vi sinh. C¸c s¶n phÈm nghiªn cøu, s¶n xuÊt thö cña ®Ò tµi ®· ®−îc nghiªn cøu øng dông vµ s¶n xuÊt ®¹i trµ 3,5 tÊn kÑo, 6,65 tÊn b¸nh quy kÑp kem, xèp kem dïng c¸c s¶n phÈm s¶n xuÊt theo c«ng nghÖ vi sinh lµ β-caroten thay phÈm mµu tæng hîp ho¸ häc, MELs thay cho chÊt nhò ho¸ Lecithin, vµ chøa ho¹t chÊt sinh häc SAM cã lîi cho søc khoÎ ng−êi tiªu dïng t¹i C«ng ty Cæ phÇn b¸nh kÑo H¶i Hµ, Trµng An, H÷u NghÞ, H−¬ng Sen, Ph¸t ViÖt vµ Tïng L©m. Ngoµi c¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc trong nghiªn cøu, s¶n xuÊt thùc nghiÖm vµ øng dông trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn b¸nh kÑo, ®Ò tµi ®· tham gia ®µo t¹o 13 sinh viªn tèt nghiÖp ®¹i häc, 5 th¹c sÜ trong ®ã cã 3 lµ c¸n bé khoa häc cña c¬ quan chñ tr× ®Ò tµi, vµ gãp phÇn n©ng cao tr×nh ®é c¸n bé khoa häc cña c¸c c¬ quan hîp t¸c thùc hiÖn ®Ò tµi trong c¸c lÜnh vùc vi sinh, lªn men, ph©n tÝch vµ chÕ biÕn thùc phÈm. Víi c¸c kÕt qu¶ ®· ®¹t ®−îc, ®Ò tµi mong muèn tiÕp tôc ®−îc nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ, d©y chuyÒn thiÕt bÞ s¶n xuÊt vµ thùc hiÖn c¸c thö nghiÖm l©m sµng t¸c dông chøc n¨ng cña c¸c s¶n phÈm β-caroten, MELs vµ SAM ®èi víi søc khoÎ con ng−êi. §Ó cã thÓ ®−a c¸c s¶n phÈm β-caroten, MELs vµ SAM ra ®−îc thÞ tr−êng, ®Ò tµi mong muèn Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ ñng hé ®Ó thùc hiÖn Dù ¸n s¶n xuÊt trong giai ®o¹n 2007-2010. Môc lôc STT Tiªu ®Ò Më ®Çu Trang 1 1. Ch−¬ng 1. Tæng quan 4 1.1. Giíi thiÖu vÒ carotenoit vµ β-caroten 4 1.1.1. Kh¸i qu¸t vÒ carotenoit vµ β-caroten. 4 1.1.2. TÝnh chÊt, chøc n¨ng vµ øng dông cña β-caroten. 6 1.1.2.1. TÝnh chÊt cña β-caroten. 6 1.1.2.2. Chøc n¨ng vµ øng dông cña β-caroten. 6 1.1.3. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông cña β-caroten. 10 1.1.3.1. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông β-caroten trªn thÕ giíi. 10 1.1.3.2. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông β-caroten ë ViÖt Nam. 11 1.1.4. Giíi thiÖu vÒ nÊm sîi Blakeslea trispora. 11 1.1.4.1. Giíi thiÖu chung vÒ nÊm sîi Blakeslea trispora. 11 1.1.4.2. §Æc ®iÓm h×nh th¸i vµ sinh s¶n loµi Blakeslea trispora. 15 1.1.4.3. Qu¸ tr×nh tæng hîp β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora. 21 1.1.5. ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tíi qu¸ tr×nh sinh 21 tæng hîp β-caroten cña Blakeslea trispora 1.1.6. 1.1.6.1. 1.1.6.2. Vi nang vµ c¸c ph−¬ng ph¸p t¹o vi nang. Giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ vi nang ho¸ vµ vi nang. C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o vi nang. 1.2. giíI thiÖu vÒ chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc 25 25 27 32 glycolipit mannosylerythritol lipit (MELs ). 1.2.1. 1.2.1.1. 1.2.1.2 1.2.1. 3. 1.2.1.4. 1.2.1.5. 1.2.2. 1.2.2.1. 1.2.2.1.1. 1.2.2.1.2. Ph©n lo¹i chÊt bÒ mÆt sinh häc cã nguån gèc vi sinh. Glycolipit. Lipopeptit vµ lipoprotein. Axit bÐo, photpholipit vµ lipit trung tÝnh. ChÊt bÒ mÆt sinh häc polymer. ChÊt bÒ mÆt sinh häc d¹ng h¹t. Qu¸ tr×nh sinh tæng hîp chuyÓn ho¸ t¹o glycolipit. C¸c c¬ chÕ vi sinh vËt s¶n xuÊt glycolipit. Ph−¬ng ph¸p tæng hîp sinh häc (Biosynthetic). Ph−¬ng ph¸p chuyÓn ho¸ sinh häc (Biotransformation). 32 33 36 36 36 37 37 37 37 38 1.2.2.2. Mét sè qu¸ tr×nh s¶n xuÊt glycolipit. 38 1.2.3. 1.2.3.1. Nh÷ng øng dông cña c¸c chÊt sinh häc ho¹t ®éng bÒ mÆt. Kh¶ n¨ng xö lý dÇu trµn trªn biÓn. 40 41 1.2.3.2. Kh¶ n¨ng c¶i t¹o ®Êt. 41 1.2.3.3. 1.2.3.4. 1.2.3.5. Kh¶ n¨ng c¶i t¹o ®Êt bÞ « nhiÔm kim lo¹i. Kh¶ n¨ng lµm s¹ch dÇu trong c¸c thiÕt bÞ l−u tr÷. Nh÷ng nghiªn cøu vµ øng dông trong c«ng nghiÖp thùc phÈm vµ d−îc phÈm. T×nh h×nh nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ øng dông MELs trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam. 42 42 42 giíi thiÖu vÒ dÉn xuÊt cña axÝt amin 45 1.2.4. 1.3. 44 S-adenosyl-L-methionine (SAM) 1.3.1. 1.3.1.1. 1.3.1.2. 1.3.1.2.1. 1.3.1.2.2 1.3.2. 1.3.2.1. Giíi thiÖu vÒ SAM - TÝnh chÊt vµ c«ng dông. TÝnh chÊt cña SAM. Nh÷ng øng dông chÝnh cña SAM. SAM - chÊt chèng trÇm c¶m tù nhiªn. SAM lµ chÊt siªu dinh d−ìng cña gan. C¸c ph−¬ng ph¸p tæng hîp SAM. Tæng hîp SAM b»ng con ®−êng hãa häc. 45 47 49 49 52 58 58 1.3.2.2. 1.3.2.3 1.3.3. 1.3.3.1. Tæng hîp SAM b»ng con ®−êng enzyme. Tæng hîp SAM b»ng vi sinh vËt. Tæng hîp SAM tõ nÊm men, c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng. §Æc ®iÓm chung vÒ nÊm men Saccharomyces. 58 59 60 60 1.3.3.2. øng dông cña nÊm men S. cerevisiae. 62 1.3.3.3. Sinh tæng hîp SAM tõ nÊm men Saccharomyces. 63 1.3.4. 1.3.5. 1.3.5.1. 1.3.5.2. 2. Thu håi vµ t¹o s¶n phÈm SAM tõ nÊm men. T×nh h×nh nghiªn cøu s¶n xuÊt vµ øng dông SAM. T×nh h×nh nghiªn cøu s¶n xuÊt vµ øng dông SAM trªn thÕ giíi. T×nh h×nh nghiªn cøu s¶n xuÊt vµ øng dông SAM ë ViÖt Nam. 66 68 68 69 71 Ch−¬ng 2. Nguyªn vËt liÖu vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.1. Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy. 71 2.1.1 Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tæng hîp β-caroten. 71 2.1.2 2.1.3 Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tæng hîp MELs. Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tæng hîp SAM. 72 73 2.1.4. 2.2 2.2.1. Tæng hîp c¸c th«ng tin vÒ c¸c chñng gièng vi sinh vËt nhËp ngo¹i. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu. C¸c ph−¬ng ph¸p xö lý dÞch lªn men, t¸ch chiÕt sinh khèi nÊm sîi, 75 76 76 ph©n tÝch vµ t¹o s¶n phÈm chÊt mµu β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora. 2.2.2 C¸c ph−¬ng ph¸p thu nhËn, t¸ch chiÕt, ph©n tÝch vµ t¹o s¶n phÈm MELs tõ nÊm men Pseudozyma. 77 2.2.3. C¸c ph−¬ng ph¸p thu nhËn, t¸ch chiÕt, ph©n tÝch vµ t¹o s¶n phÈm chøa SAM tõ nÊm men Saccharomyces. 77 2.2.3.1. 2.2.3.2 2.2.3.3. 2.3. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.3. 2.3.4 Ph−¬ng ph¸p trÝch ly SAM b»ng dung m«i. Ph−¬ng ph¸p lµm s¹ch SAM. Ph−¬ng ph¸p ®«ng kh«. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch. Ph−¬ng ph¸p quang phæ. Ph−¬ng ph¸p s¾c ký b¶n máng. Ph−¬ng ph¸p s¾c ký láng cao ¸p (HPLC). Ph−¬ng ph¸p xö lý ®ét biÕn nÊm sîi Blakeslea trispora tæng hîp 77 78 79 80 80 82 83 84 β-caroten. 2.3.5 Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thµnh phÇn vÖ sinh an toµn thùc phÈm c¸c 87 s¶n phÈm, b¸n s¶n phÈm β-caroten, MELs vµ SAM. 2.4. 2.4.1. C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o s¶n phÈm. 87 87 2.5. Ph−¬ng ph¸p t¹o s¶n phÈm bét mµu β-caroten b»ng c«ng nghÖ vi nang ho¸. Ph−¬ng ph¸p t¹o s¶n phÈm chøa ho¹t chÊt sinh häc SAM. ThiÕt bÞ sö dông trong nghiªn cøu, s¶n xuÊt thùc nghiÖm. 2.5.1. C¸c thiÕt bÞ trÝch ly, ph©n tÝch, tinh s¹ch. 90 1.5.2. C¸c thiÕt bÞ lªn men. 90 2.5.3. C¸c thiÕt bÞ thu håi, t¹o s¶n phÈm 91 3. Ch−¬ng 3. KÕt qu¶ vµ bµn luËn 92 3.1. KÕt qu¶ nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ øng dông chÊt 92 2.4.2. 89 90 mµu β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora. 3.1.1. Kh¶o s¸t, lùa chän vµ nghiªn cøu n©ng cao ho¹t tÝnh tæng hîp βcaroten cña c¸c chñng nÊm sîi Blakeslea trispora. 92 3.1.1.1. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng ph¸t triÓn vµ sinh tæng hîp β-caroten tõ c¸c chñng nÊm sîi B. trispora trªn m«i tr−êng nh©n gièng vµ lªn men 92 3.1.1.2. c¬ b¶n. Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn m«i tr−êng vµ ®iÒu kiÖn 99 nu«i cÊy tíi qu¸ tr×nh sinh tæng hîp β-caroten cña c¸c chñng B. trispora. 3.1.2.1.1. ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn m«i tr−êng ®Õn sù tæng hîp β-caroten 99 cña c¸c chñng B. trispora. 3.1.1.2.2. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn nu«i cÊy ®Õn sù tæng hîp β-caroten cña 104 c¸c chñng B. trispora. Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng tæng hîp β-caroten cña c¸c chñng B. trispora. 107 3.1.1.3.1. Nghiªn cøu bæ sung mét sè chÊt ®Æc biÖt nh− chÊt ho¹t ®éng bÒ 107 3.1.1.3. mÆt, tiÒn chÊt cã cÊu tróc vßng β. 3.1.1.3.2. Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng tæng hîp β-caroten cña chñng B. 108 trispora WH2 b»ng ph−¬ng ph¸p xö lý ®ét biÕn. 3.1.1.4. 3.1.2. KÕt qu¶ nu«i cÊy c¸c chñng nÊm sîi B. trispora trªn m«i tr−êng vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy chän läc quy m« phßng thÝ nghiÖm. T×m c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thÝch hîp ®Ó lªn men trªn quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm thu nhËn sinh khèi nÊm 111 113 sîi giµu β-caroten. 3.1.2.1. 3.1.2.2. 3.1.3. KÕt qu¶ lªn men trªn c¸c thiÕt bÞ dung tÝch 14 lÝt t¹i Phßng thÝ nghiÖm. KÕt qu¶ lªn men trªn thiÕt bÞ dung tÝch 500 vµ 1500 lÝt t¹i X−ëng thùc nghiÖm. Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn t¸ch chiÕt, trÝch ly, tinh s¹ch, ph©n tÝch 113 114 115 vµ t¹o s¶n phÈm bét mµu thùc phÈm β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm. 3.1.3.1. Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn t¸ch chiÕt β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora. 115 3.1.3.2. Tinh s¹ch dÞch chiÕt β-caroten. 117 3.1.3.3. Thu håi dung dÞch ®Ëm ®Æc vµ t¹o s¶n phÈm β-caroten tan trong dÇu. Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ ®Ó t¹o s¶n phÈm bét mµu thùc 119 3.1.3.4. phÈm β-caroten tõ nÊm sîi B. trispora quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng TN. 120 3.1.3.4.1. T¹o vi nang b»ng ph−¬ng ph¸p bèc h¬i dung m«i. 3.1.3.4.2. T¹o vi nang b»ng ph−¬ng ph¸p t¸ch pha ®«ng tô. 3.1.3.4.3. T¹o bét β-caroten b»ng c«ng nghÖ vi nang ho¸ : nhò ho¸ - sÊy phun. 3.1.4. Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ s¶n xuÊt chÕ phÈm bét mµu β-caroten tõ 3.1.5. nÊm sîi Blakeslea trispora quy m« x−ëng thùc nghiÖm trªn c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ lªn men dung tÝch 500 vµ 1500 lÝt. KiÓm tra, ph©n tÝch c¸c chØ tiªu, chÊt l−îng vÖ sinh an toµn thùc 120 122 127 131 134 phÈm cña s¶n phÈm β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora. 3.1.6. Nghiªn cøu øng dông chÊt mµu β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea 137 3.1.6.1. 3.1.6.2. 3.1.7. trispora trong chÕ biÕn, s¶n xuÊt mét sè lo¹i b¸nh, b¸nh kem, kÑo quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ quy m« c«ng nghiÖp. Quy tr×nh s¶n xuÊt kÑo mÒm. Quy tr×nh s¶n xuÊt b¸nh quy kÑp kem. Nghiªn cøu tÝnh to¸n gi¸ thµnh, hiÖu qu¶ kinh tÕ trong s¶n xuÊt vµ 137 138 140 øng dông s¶n phÈm bét mµu β-caroten tõ vi sinh vËt. §¨ng ký, giíi thiÖu, chµo b¸n c«ng nghÖ vµ s¶n phÈm. 3.2. KÕt qu¶ nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ øng dông chÊt nhò t−¬ng ho¸ vµ ho¹t ®éng bÒ 143 mÆt glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs). 3.2.1. 3.2.1.1. 3.2.1.2. 3.2.1.3. 3.2.2. 3.2.2.1. 3.2.2.2. 3.2.2.3. 3.2.3. Kh¶o s¸t lùa chän vµ nghiªn cøu n©ng cao ho¹t tÝnh cña c¸c chñng gièng n©m men sinh tæng hîp chuyÓn hãa glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs). Chän läc chñng gièng nÊm men sinh chuyÓn hãa MELs. X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh sinh lý sinh ho¸ cña chñng nÊm men lùa chän. Nghiªn cøu ®iÒu kiÖn n©ng cao ho¹t tÝnh c¸c chñng gièng nÊm men sinh tæng hîp glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs). T×m c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thÝch hîp ®Ó lªn men quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm ®Ó sinh chuyÓn hãa MELs. Nghiªn cøu ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thÝch hîp lªn men sinh chuyÓn hãa MELs quy m« m¸y l¾c. Nghiªn cøu ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thÝch hîp lªn men tæng hîp MELs quy m« 14 lÝt. X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thÝch hîp lªn men tæng hîp MELs quy m« 500 lÝt. T×m c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ, thiÕt bÞ thÝch hîp quy m« phßng thÝ 143 143 146 149 151 151 156 158 159 3.2.3.1. 3.2.3.2. 3.2.3.3. 3.2.4. 3.2.5. 3.2.6. 3.2.7. 3.3. nghiÖm ®Ó t¸ch chiÕt, tinh s¹ch, ph©n tÝch MELs. X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn t¸ch chiÕt - Lùa chän dung m«i thÝch hîp. X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn tinh s¹ch. X¸c ®Þnh c¸c ph−ong ph¸p ph©n tÝch MELs. Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ s¶n xuÊt MELs tõ vi sinh vËt quy m« x−ëng thùc nghiÖm trªn c¸c hÖ thæng x−ëng thùc nghiÖm . KiÓm tra ph©n tÝch c¸c chØ tiªu chÊt l−îng vÖ sinh an toµn thùc phÈm cña s¶n phÈm MELs. Nghiªn cøu øng dông MELs tõ nÊm men trong chÕ biÕn s¶n xuÊt mét sè b¸nh, b¸nh kem quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ quy m« c«ng nghiÖp. Nghiªn cøu tÝnh to¸n gi¸ thµnh, hiÖu qu¶ kinh tÕ trong s¶n xuÊt vµ øng dông c¸c s¶n phÈm MELs trong chÕ biÕn mét sè mÆt hµng thùc phÈm. KÕt qu¶ nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ øng dông S- 159 159 162 164 167 169 169 171 adenosyl L – methionil (SAM) tõ nÊm men Saccharomyces cerevisiae. 3.3.1. Kh¶o s¸t, lùa chän vµ nghiªn cøu n©ng cao ho¹t tÝnh tæng hîp Sadenosyl L – methionil (SAM) cña c¸c chñng nÊm men Saccharomyces. 171 3.3.1.1. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng tæng hîp SAM cña mét sè chñng nÊm men Saccharomyces. 171 Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn m«i tr−êng vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy nÊm men Saccharomyces tæng hîp SAM trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm. 3.3.1.2.1. Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng thµnh phÇn m«i tr−êng. 3.3.1.2.2. Kh¶o s¸t chÕ ®é th«ng khÝ trong nu«i cÊy nÊm men tæng hîp SAM. 3.3.2. T×m c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thÝch hîp ®Ó lªn men trªn quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm thu nhËn sinh khèi nÊm men chøa SAM. 3.3.2.1. Nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh ph¸t triÓn tæng hîp SAM cña nÊm men Saccharomyces trªn qui m« m¸y l¾c vµ thiÕt bÞ lªn men 14 lÝt. 173 3.3.2.2. 3.3.2.3. 180 181 3.3.1.2. Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ lªn men 14 lÝt. Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ lªn men 80 lÝt t¹i X−ëng thùc nghiÖm. 173 174 175 175 3.3.2.4. 3.3.3. Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ lªn men tæng hîp SAM tõ nÊm men S. cerevisiae t¹i X−ëng thùc nghiÖm trªn c¸c thiÕt bÞ lªn men 500 vµ 1500 lÝt. Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn t¸ch chiÕt, trÝch ly, tinh s¹ch, ph©n tÝch vµ t¹o c¸c s¶n phÈm chøa SAM tõ nÊm men quy m« phßng thÝ 182 183 nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm. 3.3.3.1. Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn t¸ch chiÕt SAM tõ nÊm men Saccharomyces. 183 3.3.3.2. Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn tinh s¹ch vµ ph©n tÝch SAM. 187 3.3.3.3. Nghiªn cøu thu håi vµ t¹o s¶n phÈm SAM tõ nÊm men Saccharomyces. 193 3.3.4. Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ s¶n xuÊt chÕ phÈm chøa SAM tõ nÊm men S. cerevisiae quy m« x−ëng thùc nghiÖm trªn c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ lªn men dung tÝch 500 vµ 1500 lÝt. Ph©n tÝch, kiÓm tra chÊt l−îng vÖ sinh an toµn thùc phÈm cña c¸c s¶n phÈm chøa SAM. Nghiªn cøu øng dông c¸c chÕ phÈm chøa SAM tõ nÊm men S. cerevisiae trong chÕ biÕn, s¶n xuÊt mét sè lo¹i b¸nh kÑp kem quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ quy m« c«ng nghiÖp. Nghiªn cøu tÝnh to¸n gi¸ thµnh, hiÖu qu¶ kinh tÕ trong s¶n xuÊt vµ øng dông c¸c s¶n phÈm SAM tõ vi sinh vËt trong chÕ biÕn mét sè mÆt hµng thùc phÈm. 198 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 205 Tæng qu¸t ho¸ vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thu ®−îc 207 Lêi c¸m ¬n 210 Tµi liÖu tham kh¶o 211 3.3.5. 3.3.6. 3.3.7. Phô lôc 200 201 202 c¸c ch÷ viÕt t¾t AND ARN ATCC ATP BHT DSM EMS FDA FPLC FMOC GC HDL HPLC IFO IL-2 MELs MLV NBRC OPA PAH PDA PCA PITC PP PSA SAM SAH SUV tARN TBME TCVN TLC UV-VIS Deoxyribonucleic acid Ribonucleic acid American Type Culture Collection Adenosyl triphosphate Butylated hydroxytoluen Deutsche Sammlung von Mikroorganismen Ethylmethane sulfonate C¬ quan qu¶n lý thùc phÈm vµ d−îc phÈm Mü Fast protein liquid chromatography Fluovenyl methyl chloroformolt Gas chromatography High density lipoprotein High perfomance liquid chromatography Institute for Fermentation Osaka, Japan Interleukin - 2 Mannosylerythritol lipids Multilamellar vesicle National Biological Resource Center, Japan O-phthlaldehyde Polycyclic aromatic hydrocarbon Potato dextrose agar Perchloric acid Phenyl isothiocyanate Pyrophosphoric acid Potato sucrose agar S - adenosyl L - methionine S - adenosyl homocysteine Small unilamellar vesicle Transport Ribonucleic acid Ter butyl methyl este Tiªu chuÈn ViÖt Nam Thin layer chromatography Ultra violet visible më ®Çu ChÊt l−îng cña s¶n phÈm thùc phÈm kh«ng nh÷ng bao hµm gi¸ trÞ dinh d−ìng mµ cßn bao hµm c¶ gi¸ trÞ c¶m quan trong ®ã mÇu s¾c lµ mét chØ sè quan träng. MÇu s¾c cña s¶n phÈm thùc phÈm kh«ng chØ cã gi¸ trÞ vÒ mÆt h×nh thøc mµ cßn cã t¸c dông vÒ mÆt sinh lÝ râ rÖt v× mÇu s¾c thÝch hîp sÏ gióp c¬ thÓ ®ång ho¸ thùc phÈm ®ã dÔ dµng. Do ®ã trong chÕ biÕn thùc phÈm ng−êi ta th−êng bæ sung chÊt mµu ®Ó lµm t¨ng gi¸ trÞ c¶m quan cña s¶n phÈm. Carotenoit lµ nhãm chÊt mµu lín nhÊt trong tù nhiªn. Mµu ®Æc tr−ng cña nhiÒu lo¹i thùc phÈm, ®Æc biÖt lµ d¶i mµu tõ vµng ®Õn ®á lµ do c¸c hîp chÊt carotenoit t¹o thµnh. Trong c¸c hîp chÊt carotenoit th× β-caroten ®−îc quan t©m nhiÒu nhÊt do c¸c ®Æc tÝnh sinh lý quý b¸u nh− tiÒn chÊt cña vitamin A, chèng oxy ho¸, ng¨n ngõa bÖnh ung th−, gi¶m nguy c¬ c¸c bÖnh tim m¹ch, gi¶m c¸c bÖnh vÒ m¾t… Mét ph©n tö β-caroten sau khi thuû ph©n cho hai ph©n tö vitamin A. V× vËy, β-caroten ®−îc ®¸nh gi¸ lµ hîp chÊt cã ho¹t tÝnh sinh häc cao vµ quan träng nhÊt trong nhãm carotenoit. MÆt kh¸c vÊn ®Ò an toµn thùc phÈm ®ang trë thµnh mèi quan t©m cña toµn cÇu hiÖn nay. ë ViÖt nam t×nh tr¹ng ngé ®éc thøc ¨n ngµy cµng t¨ng. Theo kÕt qu¶ ®iÒu tra vÖ sinh dÞch tÔ cña Bé Y tÕ ViÖt Nam cho thÊy 90% chÊt mÇu sö dông cho thùc phÈm hiÖn nay trªn thÞ tr−êng lµ kh«ng ®−îc phÐp. T×nh tr¹ng trªn cho thÊy viÖc sö dông chÊt mÇu ®éc h¹i ®ang lan trµn trªn thÞ tr−êng. Cã thÓ thu nhËn chÊt mÇu b»ng c¸c con ®−êng: tæng hîp ho¸ häc, khai th¸c tõ c¸c nguån nguyªn liÖu tù nhiªn, tõ vi sinh vËt. ChÊt mÇu cã nguån gèc tù nhiªn ngµy cµng ®−îc c¸c c«ng tr×nh khoa häc khuyÕn c¸o nªn dïng. Nh÷ng c«ng tr×nh nµy ®· chØ nh÷ng −u thÕ cña chÊt mÇu tù nhiªn: chÞu ®−îc nhiÖt ®é, ¸nh s¸ng, cã kh¶ n¨ng ng¨n ngõa qu¸ tr×nh oxy ho¸ vµ ®Æc biÖt lµ kh«ng ¶nh h−ëng tíi søc khoÎ cña con ng−êi. Trong thùc tÕ, β-caroten cã thÓ nhËn ®−îc b»ng tæng hîp ho¸ häc, t¸ch chiÕt tõ thùc vËt hay s¶n xuÊt tõ vi sinh vËt. Trªn thÕ giíi ®· cã mét sè n−íc nh− §øc, Hµn Quèc, Italia, NhËt, Anh, Nga, Australia, Bå §µo Nha, Hy L¹p, Trung Quèc …cã nghiªn cøu s¶n xuÊt carotenoit, ®Æc biÖt lµ β-caroten tõ vi sinh vËt nh− vi t¶o, nÊm men ®á. ë mét sè n−íc, nÊm men ®á ®· ®−îc nghiªn cøu t¹o bét nÊm men giµu protein-carotenoit ë qui m« phßng thÝ nghiÖm vµ qui m« thùc nghiÖm ®Ó bæ sung vµo thµnh phÇn thøc ¨n cho gia cÇm. Trong c¸c nguån vi sinh vËt cã thÓ sö dông ®Ó s¶n xuÊt β-caroten, loµi nÊm sîi Blakeslea trispora ®−îc chó ý nhÊt v× kh¶ n¨ng sinh tæng hîp carotenoit víi hµm l−îng βcaroten cao (85-95% carotenoit) vµ cã thÓ s¶n xuÊt ë qui m« c«ng nghiÖp víi nguån nguyªn liÖu rÎ tiÒn. HiÖn t¹i, β-caroten ®−îc s¶n xuÊt tõ nÊm sîi Blakeslea trispora trªn 1 qui m« c«ng nghiÖp ë mét vµi quèc gia nh− Nga, Ukaraina, Hµ Lan, Trung Quèc… N¨ng suÊt 400-2000 tÊn β-caroten tinh khiÕt/n¨m. HiÖn nay thÞ tr−êng thÕ giíi ®ßi hái mét nhu cÇu lín vÒ chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt. Glycolipit lµ nhãm phæ biÕn nhÊt trong c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc ®−îc sinh tæng hîp bëi vi sinh vËt thuéc tÊt c¶ c¸c nhãm vi khuÈn, nÊm men, x¹ khuÈn, nÊm mèc. C¸c vi sinh vËt nµy cã kh¶ n¨ng chuyÓn ho¸ hydratcarbon, n- alkan (C10- C20), chÊt bÐo (C10C22) thµnh glycolipit. Cã nhiÒu nghiªn cøu ®· c«ng bè vÒ Candida bombicola cã kh¶ n¨ng s¶n xuÊt sophorose lipit, Rhodococcus erythropolis s¶n xuÊt trehalose lipit, Pseudomonas sp. s¶n xuÊt ra rhamnose lipit, Acinetobacter calcoaceticus s¶n xuÈt ra emulsan (lipoheteropolysaccharide), Candida antarctica, Ustilago maydis, Kurtzmanomyces sp. cã kh¶ n¨ng s¶n xuÊt mannosylerythritol lipit (MELs). C¸c hîp chÊt trªn cã ®Æc ®iÓm gièng nhau lµ cã cÊu tróc gåm 2 cÊu phÇn: phÇn −a n−íc (hydrophylic) vµ phÇn kÞ n−íc (hydrophorbic). Do ®ã glycolipit cã tÝnh chÊt lµ chÊt nhò t−¬ng vµ huyÒn phï hãa, vµ lµ chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt. Nh÷ng −u thÕ cña c¸c chÊt nµy so víi c¸c chÊt tæng hîp ho¸ häc lµ xuÊt ph¸t tõ tù nhiªn, chÞu ph©n huû sinh häc, cã tÝnh n¨ng ho¹t ®éng tèt ë r¶i pH vµ nhiÖt ®é réng, ®a d¹ng vµ kh«ng cã tÝnh ®éc. Do vËy chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc cã nhiÒu øng dông trong nhiÒu ngµnh kh¸c nhau. Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc ®−îc sö dông nh− chÊt nhò t−¬ng ho¸. Qu¸ tr×nh nhò t−¬ng ho¸ ®ãng vai trß quan träng trong viÖc ®ång ho¸ c¸c thµnh phÇn, t¹o ®é ®Æc vµ kÕt cÊu cña s¶n phÈm. Trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt b¸nh mú, chóng cã tÝnh lµm nhò tu¬ng ho¸ nh÷ng m« mì vì trong bét nhµo. Glycolipit tõ Candida utilis ®−îc sö dông trong n−íc trén sal¸t. RÊt nhiÒu s¶n phÈm cã ho¹t tÝnh sinh häc ®−îc tæng hîp nhê c«ng nghÖ lªn men. Mét trong sè c¸c ho¹t chÊt nµy lµ S - adenosyl L- methionil (SAM) - ®−îc tæng hîp nhiÒu trong nÊm men. SAM tham gia vµo trªn 40 ph¶n øng sinh ho¸ vµ cßn lµ nguån d−îc liÖu quý trong lÜnh vùc Y - D−îc. SAM ®−îc sö dông ®Ó ®iÒu trÞ mét sè bÖnh nh− suy nh−îc l©m sµng, lµm gi¶m nguy c¬ ung th− ruét vµ gan vµ cã vai trß quan träng ng¨n ngõa bÖnh tim, viªm khíp, chøng ®ét qôy vµ thiÓu n¨ng thÇn kinh… Tuy vËy cho ®Õn nay SAM míi chØ ®−îc −a sö dông ë mét sè n−íc ph¸t triÓn nh− Mü, ý vµ mét sè n−íc Ch©u ©u kh¸c v× gi¸ thµnh cña s¶n phÈm rÊt cao. Cßn ë ViÖt Nam vÉn ch−a cã nghiªn cøu nµo còng nh− ch−a cã n¬i nµo s¶n xuÊt SAM. §Ó t¹o ra c¸c s¶n phÈm bét mµu β-caroten tù nhiªn, chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt glycolipit Mannosylerythritol lipids (MELs) vµ dÉn xuÊt cña axÝt amin S - adenosyl L – methionil 2 (SAM) cã nguån gèc tõ vi sinh vËt, ®Ò tµi KHCN cÊp Nhµ n−íc KC-04-27 ®· thùc hiÖn c¸c néi dung nghiªn cøu sau: 1. Kh¶o s¸t, lùa chän vµ nghiªn cøu n©ng cao ho¹t tÝnh tæng hîp β-caroten cña c¸c chñng nÊm sîi Blakeslea trispora, c¸c chñng nÊm men sinh tæng hîp chuyÓn ho¸ glycolipit Mannosylerythritol lipids (MELs) vµ c¸c chñng nÊm men sinh tæng hîp S-adenosyl L – methionil (SAM); 2. T×m c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thÝch hîp ®Ó lªn men trªn quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm thu nhËn sinh khèi nÊm sîi giµu β-caroten, sinh tæng hîp chuyÓn ho¸ MELs vµ sinh khèi nÊm men chøa SAM; 3. Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn t¸ch chiÕt, trÝch ly, tinh s¹ch, ph©n tÝch vµ t¹o s¶n phÈm bét mµu thùc phÈm β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora; chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc MELs vµ c¸c s¶n phÈm chøa SAM tõ nÊm men quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm; 4. Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ s¶n xuÊt chÕ phÈm bét mµu β-caroten, MELs vµ chÕ phÈm chøa SAM tõ vi sinh vËt quy m« x−ëng thùc nghiÖm trªn c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ lªn men dung tÝch 500 vµ 1500 lÝt; 5. KiÓm tra, ph©n tÝch c¸c chØ tiªu, chÊt l−îng vÖ sinh an toµn thùc phÈm cña s¶n phÈm β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora; MELs vµ SAM tõ nÊm men; 6. Nghiªn cøu øng dông chÊt mµu β-caroten, MELs vµ SAM tõ nÊm men trong chÕ biÕn, s¶n xuÊt mét sè lo¹i b¸nh, b¸nh kem, kÑo quy m« phßng thÝ nghiÖm vµ quy m« c«ng nghiÖp. 7. Nghiªn cøu tÝnh to¸n gi¸ thµnh, hiÖu qu¶ kinh tÕ trong s¶n xuÊt vµ øng dông c¸c s¶n phÈm β-caroten, MELs vµ SAM tõ vi sinh vËt trong chÕ biÕn mét sè mÆt hµng thùc phÈm. §¨ng ký, giíi thiÖu, chµo b¸n c¸c c«ng nghÖ vµ s¶n phÈm β-caroten, MELs vµ SAM tõ vi sinh vËt. 3 Ch−¬ng 1 tæng quan 1.1. Giíi thiÖu vÒ carotenoit vµ β-caroten. 1.1.1. Kh¸i qu¸t vÒ carotenoit vµ β-caroten. Carotenoit lµ nhãm chÊt mµu isoterpen kh«ng no, kh«ng tan trong n−íc, tan trong chÊt bÐo, cã mµu tõ vµng, da cam ®Õn ®á, bao gåm 65 - 70 s¾c tè tù nhiªn, vµ lµ mét trong nh÷ng hîp chÊt mµu quan träng nhÊt ®−îc sö dông trong c«ng nghiÖp thùc phÈm. Carotenoit th−êng ®−îc ph©n lµm 2 nhãm. Thø nhÊt lµ nhãm c¸c caroten hydrocacbon nh− lµ β-caroten, torulen vµ nhãm cßn l¹i lµ xantophyl bÞ «xy ho¸ nh− lµ torularhodin vµ astaxantin (Sutter vµ Whitaker 1981). B¶n chÊt tù nhiªn cña carotenoit lµ c¸c hîp chÊt tetratecpen (C40H56) chøa 8 gèc isoprene (Lampila vµ céng sù, 1985). CÊu tróc c¬ b¶n cña c¸c carotenoit lµ mét m¹ch th¼ng, gåm 40 cacbon ®−îc cÊu thµnh tõ 8 ®¬n vÞ 5-cacbon isoprenoit liªn kÕt nhau, ®èi xøng qua trung t©m, mét sè kh¸c chøa c¸c vßng s¸u c¹nh, cßn mét sè kh¸c n÷a chøa thªm oxy nh− c¸c gèc r−îu, aldehyde, ketone, carboxylic, epoxide. §iÓm næi bËt vµ ®Æc biÖt trong cÊu tróc lµ hÖ thèng nèi ®«i liªn hîp, xen kÏ nèi ®¬n, nèi ®«i t¹o chuçi polyen. ChÝnh cÊu tróc nµy ®· t¹o nªn c¸c ®Æc tÝnh quan träng nh−: dÔ bÞ oxy ho¸, ®ång ph©n ho¸, hÊp thô ¸nh s¸ng (®Æc biÖt lµ ¸nh s¸ng tö ngo¹i) vµ thÓ hiÖn mµu cña hîp chÊt (mµu cµng ®Ëm khi hÖ thèng d©y nèi cµng dµi) (Sutter vµ Whitaker 1981). Tõ cÊu tróc c¬ b¶n nµy cã thÓ biÕn ®æi theo c¸c c¸ch: céng hîp H2 hoÆc dehydro ho¸, hydroxyl ho¸, cacboxyl ho¸, di chuyÓn nèi ®«i, ®ãng vßng, c¾t thµnh nhiÒu chuçi nhá…T¹o nªn mét l−îng lín c¸c cÊu tróc kh¸c nhau. KÕt qu¶ lµ cã kho¶ng 600 hîp chÊt kh¸c nhau, ®· ®−îc t¸ch chiÕt vµ x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh. Mét sè cÊu tróc chÝnh cña c¸c ca rotenoit nh− lycopen, caroten ®−îc tr×nh bµy ë h×nh 1.1.1. Lycopen: Lycopen cã trong qu¶ cµ chua, d−a hÊu, nho hång vµ æi. MÇu ®á cña cµ chua chÝn chñ yÕu lµ do cã mÆt cña lycopen mÆc dÇu trong cµ chua cßn mét lo¹t trong c¸c carotenoit kh¸c n÷a. Trong qu¸ tr×nh chÝn, hµm l−îng lycopen trong cµ chua t¨ng lªn 10 lÇn. Tuy nhiªn chÊt mÇu nµy kh«ng cã ho¹t tÝnh vitamin. Lycopen lµ tiÒn β-caroten, nã cã t¸c dông chèng l¹i ung th− tuyÕn tiÒn liÖt, cã t¸c dông chèng oxy ho¸ m¹nh. Trong c¬ thÓ tuyÕn tiÒn liÖt, tinh hoµn, ngùc lµ n¬i chøa nhiÒu lycopen. Lycopen cã ë d¹ng cis vµ trans, B»ng c¸ch t¹o vßng ë mét ®Çu hoÆc c¶ hai ®Çu cña ph©n tö lycopen th× sÏ ®−îc c¸c ®ång ph©n α, β, γ-caroten. 4 Polyen Lycopen γ− Caroten β− Caroten α− Caroten H×nh 1.1.1. CÊu tróc cña c¸c carotenoit 5 Caroten: Trong c¸c lo¹i rau qu¶ nh− cµ rèt, qu¶ m¬, bÝ ng«, b¾p c¶i, rau spinach cã chøa nhãm caroten. Trong nhãm caroten th× β-caroten cã vai trß quan träng nhÊt, α-caroten cã cÊu tróc rÊt gièng β-caroten, chØ kh¸c nhau ë vÞ trÝ nèi ®«i. HiÖn nay c¸c nghiªn cøu chØ tËp trung vµo β-caroten, chØ biÕt mét chót vÒ α-caroten. Nh÷ng test thö ®· cho thÊy αcaroten cã thÓ cã hiÖu qu¶ h¬n β-caroten trong viÖc chèng l¹i c¸c t¸c nh©n g©y ung th−. Mét nghiªn cøu vÒ dÞch tÔ häc cho r»ng nÕu ®−a vµo c¬ thÓ mét l−îng α-caroten lín cã kh¶ n¨ng gi¶m nguy c¬ m¾c bÖnh ung th− phæi. Crypthoxanthin: Crythoxanthin cã c«ng thøc nguyªn lµ C40H56O (3 hoÆc 4hydroxyl-β-caroten). Mµu da cam rÊt ®Ñp cña quýt, cña cam chñ yÕu lµ do crypthoxanthin. Trong sè c¸c hîp chÊt carotenoit, α, γ, β-caroten vµ crypthoxanthin lµ nh÷ng tiÒn chÊt vitamin A quan träng, cung cÊp vitamin A cho c¬ thÓ ng−êi vµ ®éng vËt. Mét ph©n tö γ, α-caroten vµ crypthoxathin vµo c¬ thÓ ®éng vËt, sau khi thuû ph©n cho mét ph©n tö vitamin A, nh−ng mét ph©n tö β-caroten sau khi thuû ph©n cho hai ph©n tö vitamin A. V× vËy β-caroten ®−îc ®¸nh gi¸ lµ chÊt cã ho¹t tÝnh sinh häc m¹nh vµ quan träng nhÊt cña nhãm c¸c carotenoit (Young vµ cs, 2003). 1.1.2. TÝnh chÊt, chøc n¨ng vµ øng dông cña β-caroten. 1.1.2.1. TÝnh chÊt cña β-caroten. - C«ng thøc ho¸ häc cña β-caroten C40H56. Khèi l−îng ph©n tö: 536,88. - β-caroten lµ mét dÉn xuÊt isoprene ch−a b·o hoµ. β-caroten cã d¹ng tinh thÓ h×nh kim, mµu n©u ®á. - β-caroten bÒn trong m«i tr−êng kiÒm vµ kh«ng bÒn trong m«i tr−êng axÝt. - β-caroten tan trong dÇu vµ c¸c dung m«i h÷u c¬ nh− axeton, etyl-ete, metanol v.v…®Æc biÖt tan tèt trong dÇu, ªte, hecxan, β-caroten kh«ng tan trong n−íc. - Nhê cã hÖ thèng nèi ®«i liªn hîp dµi mµ β-caroten cã ¸i lùc m¹nh víi oxy ®¬n béi nªn dÔ bÞ oxi ho¸, ®ång ph©n ho¸ khi tiÕp xóc víi kh«ng khÝ, ¸nh s¸ng hay nhiÖt ®é. - Quang phæ hÊp thô cùc ®¹i cña β-caroten lµ ë 450 nm [Goodwin, 1980]. 1.1.2.2. Chøc n¨ng vµ øng dông cña β-caroten. Trong tù nhiªn, c¬ thÓ sinh vËt cã thÓ tù tæng hîp carotenoit nh»m môc ®Ých b¶o vÖ, chèng l¹i c¸c t¸c ®éng bªn trong (bao gåm c¸c gèc tù do) vµ bªn ngoµi (tia tö ngo¹i ¸nh s¸ng mÆt trêi v.v...). Ng−êi vµ ®éng vËt kh«ng x−¬ng sèng sö dông 50 trong 600 hîp chÊt carotenoit ®Ó tæng hîp chuyÓn ®æi thµnh vitamin qua niªm m¹c ruét vµo gan vµ nhiÒu tæ chøc c¬ thÓ kh¸c. Trong sè c¸c carotenoit nµy β-caroten cã ho¹t tÝnh sinh häc cao h¬n 6 h¼n, gÊp 2-3 lÇn so víi c¸c carotenoit kh¸c [Ausich, 1997] vµ cã rÊt nhiÒu chøc n¨ng vµ øng dông nh−: - β-caroten tham gia vµo qu¸ tr×nh t¹o s¾c tè (tiÒn Vitamin A). - C¸c hîp chÊt carotenoit, caroten tan trong n−íc hoÆc tan trong dÇu ®−îc dïng réng r·i trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn s÷a, t¹o mµu hoÆc chuÈn ho¸ mµu cña magarin, dÇu ¨n, b¬, trong c¸c s¶n phÈm n−íc gi¶i kh¸t, b¾p rang, c¸c lo¹i sóp ®ãng hép, b¸nh kÑo, kem, mú ¨n liÒn ... Lµ chÊt dinh d−ìng chèng oxi ho¸ cã t¸c dông ®iÒu hoµ sù ®¸p øng miÔn dÞch trong c¬ thÓ b»ng c¸ch trao ®æi th«ng tin tõ tÕ bµo ®Õn tÕ bµo, t¸c ®éng tíi cÊu tróc vµ chøc phËn cña mµng tÕ bµo vµ t¨ng sù ®¸p øng miÔn dÞch ®èi víi c¬ thÓ. Lµm t¨ng hiÖu qu¶ sinh s¶n do cã kh¶ n¨ng t¨ng c−êng qu¸ tr×nh tæng hîp mét sè hoocmon giíi tÝnh. - - Ngoµi ra β-caroten cßn ng¨n c¶n qu¸ tr×nh t¹o khèi u, g©y ®ét biÕn vµ trao ®æi nhiÔm s¾c thÓ chÞ em, lµm gi¶m c¸c nguy c¬ cña bÖnh tim m¹ch, ®éng m¹ch vµnh còng nh− ®ét quþ. Do lµ mét lo¹i s¾c tè nªn β-caroten tham gia vµo ph¶n øng quang ho¸ t¨ng c−êng ho¹t ®éng cña mét sè enzim vÝ dô nh− cytochrom P450. C¬ chÕ chèng oxi ho¸ : - Trong c¬ thÓ, carotenoit nãi chung vµ β-caroten nãi riªng cã kh¶ n¨ng triÖt tiªu c¸c gèc tù do, dËp t¾t chuçi ph¶n øng d©y chuyÒn. Nhê cã hÖ thèng nèi liªn hîp, nã v« hiÖu ho¸ ph©n tö oxi bÞ kÝch ho¹t (1O2). Mét ph©n tö β-caroten cã thÓ hÊp thô n¨ng l−îng cña hµng ngµn ph©n tö 1O2 råi gi¶i phãng n¨ng l−îng Êy d−íi d¹ng nhiÖt v« h¹i. 1 O2 + β-caroten Æ β-caroten * + β-caroten *Æ β-caroten + Q( v« h¹i) Chøc n¨ng sinh häc cña β-caroten: Nhê cã nh÷ng ®Æc tÝnh −u viÖt nh− vËy, β-caroten ®−îc øng dông trong rÊt nhiÒu trong lÜnh vùc c«ng nghÖ thùc phÈm, mü phÈm, d−îc phÈm vµ trong y tÕ. Beta-caroten ®−îc sö dông phæ biÕn lµm chÊt mµu trong ngµnh thùc phÈm vµ mü phÈm, lµ nguån bæ sung chÊt dinh d−ìng quan träng trong khÈu phÇn ¨n. §Ó ®¸p øng nhu cÇu vÒ β-caroten cã thÓ sö dông 2 ph−¬ng ph¸p s¶n xuÊt chÝnh. §ã lµ s¶n xuÊt theo con ®−êng ho¸ häc vµ s¶n xuÊt theo con ®−êng sinh häc. S¶n phÈm β-caroten tæng hîp theo con ®−êng nh©n t¹o chØ cã mét lo¹i ®ång ph©n duy nhÊt trong khi ®ã s¶n phÈm β-caroten tæng hîp theo con ®−êng tù nhiªn kh«ng nh÷ng cã chøa β-caroten mµ cßn cã α-caroten vµ γ-caroten do ®ã hÖ sè tiªu ho¸ cña s¶n phÈm β-caroten tæng hîp nh©n t¹o chØ b»ng 10% hÖ sè cña βcaroten tæng hîp theo con ®−êng tù nhiªn. H¬n n÷a, ho¹t tÝnh sinh häc cña s¶n phÈm tù nhiªn cao h¬n so víi ho¹t tÝnh sinh häc cña s¶n phÈm tæng hîp. 7