Mở đầu; - Chương 2: Tổng quan; - Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu; - Chương 4: Kết quả và bàn kuận; - Chương 5: Kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về chủng nấm men Rhodotorula mucilaginosa Nấm men Rhodotorula mucilaginosa thuộc chi Rhodotorula, họ Sporidiobolaceae, bộ Sporidiales, lớp Pucciniomycotina, ngành Basidiomycota và giới Fungi (Jack W. Fell và cộng sự, 2000; Mycobank, 2022).
Harison đã phân lập thành công và đặt tên. Đặc điểm về hình thái và sinh học Hầu hết các loài Rhodotorula tạo ra các khuẩn lạc có màu từ hồng đến san hô nhưng cũng có thể có màu cam đến đỏ trên thạch Sabouraud do có sự hiện diện của sắc tố carotenoid. Kích thước khuẩn lạc khoảng 2 - 3 mm, bề mặt khuẩn lạc mịn, ẩm và đôi khi nhầy, chúng không có khả năng sinh bào tử. Chúng có dạng tế bào hình tròn hoặc hình bầu và sợi giả hiếm khi xuất hiện (Lanzafame M.
và cộng sự, 2001). Thuật ngữ “men đỏ” được sử dụng cho những loài có thể tạo ra một lượng sắc tố carotenoid đáng kể và lipid nội bào, làm cho khuẩn lạc của chúng có màu cam, hơi hồng hoặc đỏ (Mannazzu và cộng sự, 2015). Rhodotorula mucilaginosa là một trong những loài thuộc “men đỏ”, là loại nấm men có triển vọng trong ứng dụng công nghiệp cho những năm gần đây (Li và cộng sự, 2022).1: Khuẩn lạc nấm men R. mucilaginosa thuộc nhóm sinh vật nhân chuẩn hoại sinh, chúng tồn tại ở trạng thái đơn bào và không có sợi nấm, có hầu hết các đặc điểm của nấm men (Li và cộng sự, 2022).
mucilaginosa không chỉ giàu chất dinh dưỡng thông thường như carotenoid, protein và polysaccharides mà còn chứa các acid amin, acid béo không bão hòa, vitamin E, nucleotide và astaxanthin (Gupta, 2012). 4 Các loài Rhodotorula phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có thể được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau bao gồm không khí, đất, nước biển, thực vật, các sản phẩm từ sữa và môi trường gia đình, thậm chí có thể được tách ra khỏi khu vực bị ô nhiễm hoặc các vi sinh vật nội sinh trong đất vùng rễ của thực vật (Ahearn DG và cộng sự, 1962; Saha và Seal, 2015). Sinh tổng hợp sắc tố Các thành phần carotenoid chính được R.mucilaginosa tổng hợp thường bao gồm β- carotene, torulene và torularhodin (Sharma và Ghoshal, 2021).2: Cấu trúc của các loại carotenoid đặc trưng tổng hợp bởi R. Tuy nhiên, các carotenoid (chủ yếu là lycopene và β-carotene) dùng cho thực phẩm hiện nay chủ yếu được sản xuất công nghiệp bởi nấm mốc Blakeslea trispora (Shi và cộng sự, 2012; He và cộng sự, 2017).
Mặc dù sản lượng carotenoid tổng hợp bởi R. mucilaginosa tương đối thấp so với B. trispora, nhưng việc sản xuất carotenoid cũng có nhiều ưu điểm hơn. Ví dụ, tốc độ tăng trưởng cụ thể của R.
mucilaginosa cao và dễ dàng thu được một lượng sinh khối tế bào đáng kể ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô thí điểm (Dias Rodrigues và cộng sự, 2019; Banerjee và cộng sự, 2020).Sinh tổng hợp chất béo Sinh tổng hợp lipid diễn ra chủ yếu trong tế bào chất của tế bào nấm men, thông qua một chuỗi các quá trình enzyme chuyển đổi các cơ chất saccharide, glycerol hoặc acetyl- CoA thành acid béo chuỗi dài. Hầu hết các acid béo được R. mucilaginosa tổng hợp là acid oleic, acid palmitic và acid stearic (Liang và cộng sự, 2021). Năng suất và hàm lượng lipid sinh tổng hợp từ R.
mucilaginosa bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tỷ lệ Carbon/Nitrogen cao - yếu tố quan trọng giúp nấm men tích lũy lipid; độ pH; độ acid; thời gian nuôi cấy; nhiệt độ;… (Li và cộng sự, 2022). Hiệu suất lipid cao nhất ở tỷ lệ Carbon/Nitrogen là 65 (6. Acid béo không bão hòa cao nhất (63.4 %) thu được ở 15 °C với acid béo không bão hòa đơn là 31.38 % và acid béo không bão hòa đa là 32. Hàm lượng lipid tối đa là 69.Sinh tổng hợp enzyme Enzyme là chất xúc tác cực kỳ hiệu quả, ứng dụng của chúng có thể làm tăng đáng kể hiệu quả và năng suất trong sản xuất quy mô công nghiệp (Hames-Schiffer, 2013).
mucilaginosa rất được quan tâm vì khả năng tổng hợp enzyme tự nhiên, có thể ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau, đặc biệt là trong sản xuất phenylalanine amoniac lyase, endo-1,4-glucanase và lipase (Li và cộng sự, 2022). L-phenylalanine amoniac-lyase (PAL; EC 4.24) là enzyme xúc tác quá trình khử aminL-phenylalanine thành các acid trans-cinnamic và amoniac. Loại enzyme này có mặt rộng rãi trong thực vật bậc cao và nấm men, đóng vai trò quan trọng trong chuyển hoá phenylpropanoid. Nó là một con đường trao đổi chất thứ cấp hoạt động ở thực vật bậc cao và nấm men, chủ yếu liên quan đến các cơ chế bảo vệ (Koukol và Conn, 1961; Barros và Dixov, 2020).
L-phenylalanine amoniac-lyase có thể được sử dụng để sản xuất chất làm ngọt không calo như aspartame (MacDonald và D'Cunha, 2007). Endo-β-1,4-glucanase (EC 3.4, EGase), cellobiohydrolase, cellodextrinase và β- glucosi-dase xúc tác quá trình thủy phân cellulose thành cello-oligosaccharide hoặc glucose, cho phép sinh vật sử dụng cellulose làm nguồn carbon (Béguin và Aubert, 1994; Oikawa và cộng sự, 1998; Boyce và Walsh, 2007). Chuyển hóa cellobiose bằng EGase là yếu tố quan trọng giúp làm giảm sự tích lũy cellobiose và nâng cao hiệu quả của enzyme phân giải cellulose để sản xuất năng lượng sinh học (Li và cộng sự, 2022). 6 Lipase (triacylglycerol acyl hydrolase, EC 3.3) thuộc nhóm hydrolase, là các enzyme thủy phân triacylglycerol để giải phóng acid béo tự do và glycerol; có trong động vật, thực vật và vi sinh vật (Jensen, 1982; Ejedegba và cộng sự, 2007; Abolemonaem và cộng sự, 2011) được sử dụng phổ biến và nằm trong số các loại enzyme công nghiệp quan trọng nhất (Singh và Mukhopadhyay, 2012).
Nhiều ứng dụng công nghệ sinh học của lipase đã được được mô tả trong các ngành công nghiệp thực phẩm, chất tẩy rửa, dược phẩm, dầu và mỡ (Barros và cộng sự, 2010). Các loài Rhodotorula được xem như là nguồn sản xuất lipase có nguồn gốc từ vi sinh vật, đã có báo cáo cho rằng R. mucilaginosa tạo ra lipase có hoạt tính tối đa ở pH 4. Mặc dù lipase được sản xuất rộng rãi bằng nhiều loài động vật, thực vật và vi sinh vật, nhưng chỉ lipase có nguồn gốc vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn và nấm có ý nghĩa về mặt thương mại do tính ổn định, tính chọn lọc, tính đặc hiệu cơ chất rộng cũng như tính dễ dàng khai thác và tiềm năng cung cấp không giới hạn (Hammamchi và Cihangir, 2017).
Ngoài ra chúng còn có tính đa dạng trong hoạt tính xúc tác, năng suất cao và chi phí sản xuất thấp và ít sử dụng nguồn tài nguyên hơn nên vì vậy chúng được ưa chuộng hơn.Kích hích tăng trưởng và bảo vệ thực vật Chủng R. mucilaginosa JGTA-S1 là một loài nội sinh của thực vật sống ở khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng ở Ấn Độ, nó có thể hoạt động như một loại phân bón vi sinh vật và chế phẩm sinh học, nâng cao nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng và cung cấp nitơ, amoni nhờ khả năng cố định đạm sinh học của nó (Saha và Seal, 2015; Li và cộng sự, 2022). mucilaginosa CAM4 có thể được sử dụng làm phân bón sinh học để sản xuất cây trồng một cách lành mạnh và an toàn hơn. Tuy nhiên, việc ứng dụng R.
mucilaginosa trong nông nghiệp vẫn còn tương đối hiếm (Li và cộng sự, 2022). mucilaginosa được sử dụng làm tác nhân kiểm soát sinh học chống bệnh thối thân ở cây tiêu đen (Li và cộng sự, 2022). Nghiên cứu trước đây đã tiến hành khảo sát tác dụng của R. mucilaginosa đối với hoạt tính đối kháng của nó đối với hai bệnh nấm sau thu hoạch trên dâu tây là Rhizopus stolonifer và Botrytis cinerea, gây bệnh thối rễ Rhizopus và nấm mốc xám.
Các phát hiện cho thấy hoạt động kiểm soát sinh học của nấm men được nâng cấp đáng kể khi nuôi cấy trong môi trường có chứa chitosan vì nó nâng cao khả năng cạnh tranh dinh dưỡng và tạo ra các enzyme bảo vệ chống lại mầm bệnh nấm mốc của nấm men (Zhang và cộng sự, 2014).Chất xử lý môi trường Đối với xử lý nước thải, xử lý sinh học đã được chú ý đến nhờ quá trình xử lý chất thải tự nhiên bằng biến đổi sinh học (Singh và Pra-sad, 2014; Gavrilescu và cộng sự, 2015). Việc áp dụng các vi sinh vật có khả năng phân hủy kim loại nặng làm tác nhân xử lý sinh học để phục hồi sinh thái là một lựa chọn khả thi (Sun và cộng sự, 2020). Việc xử lý ô nhiễm môi trường có thể được thúc đẩy tích cực bởi các vi sinh vật có môi trường phát triển đòi hỏi khiêm tốn và có khả năng chuyển hóa các chất gây ô nhiễm độc hại thành các chất không độc hại và ổn định, có thể đạt được mục đích phân hủy chất ô nhiễm và đáp ứng các nhu cầu phân hủy chất gây ô nhiễm (Zafar và cộng sự, 2007; Gavrilescu và cộng sự, 2015). Việc ứng dụng R.
mucilaginosa để giải độc kim loại nặng là một lựa chọn tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường để xử lý các hệ sinh thái bị ô nhiễm.Exopolysaccharides Exopolysaccharides là những hợp chất polymer tự nhiên, exopolysaccharides từ chủng nấm men này ngày càng được phát triển và sử dụng nhiều hơn, chúng đã thể hiện các đặc tính trong chống oxy hóa, điều hòa miễn dịch, chống bức xạ, chống viêm, chống ung thư và chống mệt mỏi trong các nghiên cứu trước đây (Castro và cộng sự, 2014; Huang và cộng sự, 2017; Li và cộng sự, 2020). Các caroteniod đặc trưng tổng hợp bởi chủng nấm men R. mucilaginosa có khả năng sinh tổng hợp các carotenoid đặc trưng, chẳng hạn như β- carotene, torulene và torularhodin với nhiều tỷ lệ khác nhau và sản sinh β-carotene chiếm phần lớn (Simpson và cộng sự, 1964; Perrier và cộng sự, 1995).β-carotene β-carotene (C40H56, β) là một carotenoid hòa tan trong chất béo với hai nhóm retinyl và 11 liên kết đôi liên hợp. Cấu trúc phân tử này mang lại cho β-carotene khả năng chống oxy hóa tương đối mạnh (Watkins và Pogson, 2020; Burton và cộng sự, 2021).
Mặc dù có hơn 500 loại carotenoid được biết đến, nhưng ß-carotene đặc biệt hơn ở chỗ mỗi phân tử có khả năng tạo thành hai phân tử retinol (vitamin A). Các carotenoid khác cũng có thể đóng vai trò là tiền chất của vitamin A, nhưng ở động vật có vú, chúng không thể tạo thành nhiều hơn một phân tử vitamin A. Do đó, trong số khoảng 50 carotenoid có hoạt tính tiền vitamin A, ß-carotene là carotenoid có hoạt tính sinh học tiền vitamin A lớn nhất (Godman, 1984).